haberler

Uçaklar için çok güçlü kompozit yapısal parçalar yapmak için uzun süredir termoset karbon fiber malzemelere bağımlı olan havacılık OEM'leri, teknolojik gelişmeler termoset olmayan yeni parçaların yüksek hacimde, düşük maliyetle ve otomatik olarak üretilmesini vaat ettiğinden artık başka bir karbon fiber malzeme sınıfını benimsiyor. daha hafif.

Collins Aerospace'in Gelişmiş Yapılar biriminde mühendislik başkan yardımcısı Stephane Dion, termoplastik karbon fiber kompozit malzemelerin "uzun bir süredir var olmasına rağmen" havacılık ve uzay üreticilerinin, birincil yapısal bileşenler de dahil olmak üzere uçak parçalarının yapımında bunların yaygın kullanımını ancak yakın zamanda değerlendirebildiklerini söyledi.

Termoplastik karbon fiber kompozitler, potansiyel olarak havacılık OEM'lerine termoset kompozitlere göre çeşitli avantajlar sunuyor, ancak yakın zamana kadar üreticilerin termoplastik kompozitlerden parçaları yüksek oranlarda ve düşük maliyetle üretemediğini söyledi.

Geçtiğimiz beş yılda, karbon fiber kompozit parça üretim biliminin durumu geliştikçe, OEM'ler termoset malzemelerden parça üretmenin ötesine bakmaya başladı; ilk olarak uçak parçaları yapmak için reçine infüzyonu ve reçine transfer kalıplama (RTM) teknikleri kullanıldı ve daha sonra termoplastik kompozitlerin kullanılması.

GKN Aerospace, büyük uçak yapısal bileşenlerinin uygun maliyetli ve yüksek oranlarda üretimi için reçine infüzyonu ve RTM teknolojisini geliştirmeye büyük yatırım yaptı. GKN Aerospace'in Horizon 3 ileri teknolojiler girişimi teknoloji başkan yardımcısı Max Brown'a göre, GKN artık reçine infüzyon üretimini kullanarak 17 metre uzunluğunda, tek parçalı kompozit kanat direkleri üretiyor.

Dion'a göre, OEM'lerin son birkaç yıldaki yoğun kompozit üretim yatırımları, termoplastik parçaların yüksek hacimli üretimine olanak sağlayacak yeteneklerin geliştirilmesine yönelik stratejik harcamaları da içeriyordu.

Termoset ve termoplastik malzemeler arasındaki en dikkate değer fark, termoset malzemelerin parçalara şekillendirilmeden önce soğuk depoda tutulması gerektiği ve bir termoset parçanın şekillendirildikten sonra otoklavda saatlerce kürlenmeye tabi tutulması gerektiği gerçeğinde yatmaktadır. Prosesler çok fazla enerji ve zaman gerektirir ve bu nedenle termoset parçaların üretim maliyetleri yüksek kalma eğilimindedir.

Kürleme, termoset kompozitin moleküler yapısını geri dönülemez şekilde değiştirerek parçaya sağlamlık kazandırır. Bununla birlikte, teknolojik gelişimin mevcut aşamasında kürleme, parçadaki malzemeyi birincil yapısal bileşende yeniden kullanıma uygunsuz hale getirmektedir.

Ancak Dion'a göre termoplastik malzemeler parçalara ayrıldığında soğuk depolamaya veya fırınlamaya gerek duymuyor. Basit bir parçanın son şekline (Airbus A350'deki gövde çerçevelerinin her braketi termoplastik kompozit bir parçadır) veya daha karmaşık bir bileşenin ara aşamasına damgalanabilirler.

Termoplastik malzemeler çeşitli şekillerde birbirine kaynaklanabilir ve bu sayede karmaşık, oldukça şekilli parçaların basit alt yapılardan yapılmasına olanak sağlanır. Dion'a göre günümüzde esas olarak alt parçalardan yalnızca düz, sabit kalınlıkta parçaların yapılmasına izin veren endüksiyon kaynağı kullanılıyor. Bununla birlikte Collins, termoplastik parçaların birleştirilmesi için titreşim ve sürtünme kaynağı teknikleri geliştiriyor ve bu tekniklerin sertifikalandırıldığında sonunda "gerçekten gelişmiş karmaşık yapılar" üretmesine olanak sağlayacağını umuyor.

Brown'ın tahminine göre, karmaşık yapılar oluşturmak için termoplastik malzemeleri birbirine kaynaklama yeteneği, üreticilerin termoset parçaların birleştirme ve katlama için ihtiyaç duyduğu metal vidaları, bağlantı elemanlarını ve menteşeleri ortadan kaldırmasına olanak tanıyor ve böylece yaklaşık yüzde 10'luk bir ağırlık azaltma avantajı sağlıyor.

Brown'a göre yine de termoplastik kompozitler metallere termoset kompozitlerden daha iyi yapışıyor. Bu termoplastik özelliğe yönelik pratik uygulamalar geliştirmeyi amaçlayan endüstriyel Ar-Ge, "erken olgunluk teknolojisine hazırlık seviyesinde" kalırken, sonuçta havacılık ve uzay mühendislerinin hibrit termoplastik ve metal entegre yapılar içeren bileşenler tasarlamasına olanak tanıyabilir.

Potansiyel bir uygulama, örneğin, yolcunun uçak içi eğlence seçeneklerini, koltuk aydınlatmasını, tavan fanını seçip kontrol etmek için kullandığı arayüz için ihtiyaç duyulan tüm metal bazlı devreleri içeren tek parçalı, hafif bir uçak yolcu koltuğu olabilir. , elektronik olarak kontrol edilen koltuk yatırması, cam gölgeliği opaklığı ve diğer işlevler.

Dion'a göre, yapıldıkları parçalardan gereken sertliği, kuvveti ve şekli elde etmek için sertleşmeye ihtiyaç duyan termoset malzemelerin aksine, termoplastik kompozit malzemelerin moleküler yapıları parçalara dönüştürüldüğünde değişmiyor.

Sonuç olarak, termoplastik malzemeler darbe anında termoset malzemelere göre kırılmaya karşı çok daha dirençlidir ve daha güçlü olmasa da benzer yapısal sağlamlık ve dayanıklılık sunar. Dion, "Böylece çok daha ince ölçülerde [parçalar] tasarlayabilirsiniz" dedi; bu, termoplastik parçaların, metal vidalar veya bağlantı elemanları gerektirmemesinden kaynaklanan ek ağırlık azalmaları dışında bile, termoplastik parçaların, değiştirdikleri herhangi bir termoset parçadan daha hafif olduğu anlamına geliyor. .

Termoplastik parçaların geri dönüştürülmesinin, termoset parçaların geri dönüştürülmesinden daha basit bir süreç olduğu da kanıtlanmalıdır. Teknolojinin mevcut durumunda (ve bir süre sonra), termoset malzemelerin kürlenmesiyle moleküler yapıda meydana gelen geri döndürülemez değişiklikler, eşdeğer güçte yeni parçalar yapmak için geri dönüştürülmüş malzemenin kullanılmasını engellemektedir.

Termoset parçaların geri dönüşümü, malzemedeki karbon fiberlerin küçük parçalara öğütülmesini ve fiber-reçine karışımının yeniden işlenmeden önce yakılmasını içerir. Yeniden işleme için elde edilen malzeme, geri dönüştürülmüş parçanın yapıldığı termoset malzemeden yapısal olarak daha zayıftır, bu nedenle termoset parçaların yenilerine dönüştürülmesi tipik olarak "ikincil bir yapıyı üçüncül bir yapıya" dönüştürür, dedi Brown.

Öte yandan, Dion'a göre termoplastik parçaların moleküler yapıları parça imalatı ve parça birleştirme süreçlerinde değişmediğinden, bunlar kolayca sıvı forma dönüştürülebilir ve orijinalleri kadar güçlü parçalara yeniden işlenebilir.

Uçak tasarımcıları, parçaların tasarımında ve imalatında aralarından seçim yapılabilecek çok çeşitli farklı termoplastik malzemeler arasından seçim yapabilir. Dion, tek boyutlu karbon fiber filamanların veya iki boyutlu örgülerin içine yerleştirilebildiği ve farklı malzeme özellikleri üretebildiği "oldukça geniş bir reçine yelpazesinin" mevcut olduğunu söyledi. "En heyecan verici reçineler, nispeten düşük sıcaklıklarda eriyen ve dolayısıyla daha düşük sıcaklıklarda şekillendirilip şekillendirilebilen, düşük erime noktalı reçinelerdir".

Dion'a göre farklı termoplastik sınıfları farklı sertlik özellikleri (yüksek, orta ve düşük) ve genel kalite sunuyor. En yüksek kaliteli reçineler en yüksek maliyetlidir ve uygun fiyat, termoset malzemelerle karşılaştırıldığında termoplastikler için Aşil topuğu temsil eder. Brown, tipik olarak termosetlerden daha pahalıya mal olduklarını ve uçak üreticilerinin maliyet/fayda tasarım hesaplamalarında bu gerçeği dikkate almaları gerektiğini söyledi.

Kısmen bu nedenle, GKN Aerospace ve diğerleri, uçaklar için büyük yapısal parçalar üretirken en çok termoset malzemelere odaklanmaya devam edecek. Zaten kuyruk kanatları, dümenler ve rüzgarlıklar gibi daha küçük yapısal parçaların yapımında termoplastik malzemeleri yaygın olarak kullanıyorlar. Ancak kısa süre sonra, hafif termoplastik parçaların yüksek hacimli, düşük maliyetli üretimi rutin hale geldiğinde, üreticiler bunları özellikle gelişen eVTOL UAM pazarında çok daha yaygın bir şekilde kullanacak, diye tamamladı Dion.

ainonline'dan gel