Momenteel zijn er veel productieprocessen voor composietmateriaalstructuren, die kunnen worden toegepast op de productie en vervaardiging van verschillende structuren.Gezien de industriële productie-efficiëntie en productiekosten van de luchtvaartindustrie, met name voor de burgerluchtvaart, is het echter dringend nodig het uithardingsproces te verbeteren om tijd en kosten te verminderen.Rapid Prototyping is een nieuwe productiemethode gebaseerd op de principes van discreet en gestapeld vormen, een goedkope rapid prototyping-technologie.Veel voorkomende technologieën zijn onder meer compressiegieten, vloeistofvormen en vormen van thermoplastisch composietmateriaal.
1. Vormpersen van rapid prototyping-technologie
De rapid prototyping-technologie van gieten is een proces waarbij vooraf gelegde prepreg-plano's in de vormmatrijs worden geplaatst, en nadat de mal is gesloten, worden de plano's verdicht en gestold door verwarming en druk.De vormsnelheid is snel, de productgrootte is nauwkeurig en de vormkwaliteit is stabiel en uniform.Gecombineerd met automatiseringstechnologie kan het massaproductie, automatisering en goedkope productie van structurele componenten van koolstofvezelcomposiet op het gebied van de burgerluchtvaart realiseren.
Vormstappen:
① Verkrijg een metalen mal met hoge sterkte die overeenkomt met de afmetingen van de vereiste onderdelen voor productie, installeer de mal vervolgens in een pers en verwarm deze.
② Vorm de benodigde composietmaterialen voor in de vorm van de mal.Voorvormen is een cruciale stap die de prestaties van afgewerkte onderdelen helpt verbeteren.
③ Plaats de voorgevormde onderdelen in de verwarmde mal.Vervolgens comprimeert u de mal met een zeer hoge druk, doorgaans variërend van 800 psi tot 2000 psi (afhankelijk van de dikte van het onderdeel en het gebruikte type materiaal).
④ Haal het onderdeel na het loslaten van de druk uit de mal en verwijder eventuele bramen.
Voordelen van gieten:
Om verschillende redenen is gieten een populaire technologie.Een deel van de reden waarom het populair is, is omdat er gebruik wordt gemaakt van geavanceerde composietmaterialen.Vergeleken met metalen onderdelen zijn deze materialen vaak sterker, lichter en corrosiebestendiger, wat resulteert in objecten met betere mechanische eigenschappen.
Een ander voordeel van gieten is het vermogen om zeer complexe onderdelen te vervaardigen.Hoewel deze technologie de productiesnelheid van kunststofspuitgieten niet volledig kan bereiken, biedt deze wel meer geometrische vormen vergeleken met typische gelamineerde composietmaterialen.Vergeleken met kunststof spuitgieten zijn er ook langere vezels mogelijk, waardoor het materiaal sterker wordt.Daarom kan gieten worden gezien als het midden tussen het spuitgieten van kunststof en de productie van gelamineerd composietmateriaal.
1.1 SMC-vormproces
SMC is de afkorting voor plaatvormende composietmaterialen, dat wil zeggen plaatvormende composietmaterialen.De belangrijkste grondstoffen zijn samengesteld uit speciaal SMC-garen, onverzadigde hars, krimparme additieven, vulstoffen en verschillende additieven.Begin jaren zestig verscheen het voor het eerst in Europa.Rond 1965 ontwikkelden de Verenigde Staten en Japan deze technologie achtereenvolgens.Eind jaren tachtig introduceerde China geavanceerde SMC-productielijnen en -processen uit het buitenland.SMC heeft voordelen zoals superieure elektrische prestaties, corrosieweerstand, lichtgewicht en een eenvoudig en flexibel technisch ontwerp.De mechanische eigenschappen kunnen vergelijkbaar zijn met die van bepaalde metalen materialen, daarom wordt het veel gebruikt in industrieën zoals transport, bouw, elektronica en elektrotechniek.
1.2 BMC-vormproces
In 1961 werd de onverzadigde harsplaatvormmassa (SMC), ontwikkeld door Bayer AG in Duitsland, op de markt gebracht.In de jaren zestig begon de promotie van Bulk Molding Compound (BMC), in Europa ook bekend als DMC (Dough Moulding Compound), dat in de vroege stadia (jaren vijftig) niet werd verdikt;Volgens de Amerikaanse definitie is BMC een verdikte BMC.Na de aanvaarding van de Europese technologie heeft Japan aanzienlijke successen geboekt bij de toepassing en ontwikkeling van BMC, en tegen de jaren tachtig was de technologie zeer volwassen geworden.Tot nu toe is de matrix die in BMC wordt gebruikt onverzadigde polyesterhars.
BMC behoort tot de thermohardende kunststoffen.Op basis van materiaaleigenschappen mag de temperatuur van het materiaalvat van de spuitgietmachine niet te hoog zijn om de materiaalstroom te vergemakkelijken.Daarom is het controleren van de temperatuur van het materiaalvat bij het spuitgietproces van BMC erg belangrijk, en er moet een controlesysteem aanwezig zijn om de geschiktheid van de temperatuur te garanderen, om de optimale temperatuur te bereiken van de toevoersectie tot de mondstuk.
1.3 Vormen van polycyclopentadieen (PDCPD).
Polycyclopentadieen (PDCPD) gieten is meestal een pure matrix in plaats van versterkt plastic.Het PDCPD-vormprocesprincipe, dat in 1984 opkwam, behoort tot dezelfde categorie als polyurethaan (PU)-gieten en werd voor het eerst ontwikkeld door de Verenigde Staten en Japan.
Telene, een dochteronderneming van het Japanse bedrijf Zeon Corporation (gevestigd in Bondues, Frankrijk), heeft grote successen geboekt bij het onderzoek en de ontwikkeling van PDCPD en zijn commerciële activiteiten.
Het RIM-vormproces zelf is gemakkelijker te automatiseren en heeft lagere arbeidskosten in vergelijking met processen zoals FRP-spuiten, RTM of SMC.De matrijskosten die door PDCPD RIM worden gebruikt, zijn veel lager dan die van SMC.De motorkapvorm van de Kenworth W900L maakt bijvoorbeeld gebruik van een nikkelen omhulsel en een kern van gegoten aluminium, met een hars met een lage dichtheid en een soortelijk gewicht van slechts 1,03, wat niet alleen de kosten verlaagt maar ook het gewicht verlaagt.
1.4 Direct online vormen van vezelversterkte thermoplastische composietmaterialen (LFT-D)
Rond 1990 werd LFT (Long Fibre Reinforced Thermoplastics Direct) op de markt geïntroduceerd in Europa en Amerika.CPI Company in de Verenigde Staten is het eerste bedrijf ter wereld dat direct-in-line composiet langevezelversterkte thermoplastische gietapparatuur en de bijbehorende technologie (LFT-D, Direct In Line Mixing) ontwikkelt.Het werd in 1991 commercieel operationeel en is een wereldleider op dit gebied.Diffenbarcher, een Duits bedrijf, doet sinds 1989 onderzoek naar de LFT-D-technologie. Momenteel zijn er voornamelijk LFT D, Tailored LFT (waarmee lokale versterking kan worden bereikt op basis van structurele spanning) en Advanced Surface LFT-D (zichtbaar oppervlak, hoog oppervlak kwaliteit) technologieën.Vanuit het perspectief van de productielijn is het niveau van de Diffenbarcher-pers erg hoog.Het D-LFT-extrusiesysteem van het Duitse Coperation-bedrijf bevindt zich internationaal in een leidende positie.
1.5 Moldless Casting Productietechnologie (PCM)
PCM (Pattern Less Casting Manufacturing) is ontwikkeld door het Laser Rapid Prototyping Center van Tsinghua University.De rapid prototyping-technologie moet worden toegepast op traditionele harszandgietprocessen.Verkrijg eerst het giet-CAD-model uit het onderdeel-CAD-model.Het STL-bestand van het casting-CAD-model is gelaagd om dwarsdoorsnedeprofielinformatie te verkrijgen, die vervolgens wordt gebruikt om besturingsinformatie te genereren.Tijdens het gietproces spuit het eerste mondstuk de lijm nauwkeurig op elke zandlaag door middel van computerbesturing, terwijl het tweede mondstuk de katalysator langs hetzelfde pad spuit.De twee ondergaan een verbindingsreactie, waardoor het zand laag voor laag stolt en een paal vormt.Het zand op de plek waar de lijm en de katalysator samenwerken wordt samen gestold, terwijl het zand op andere plekken in korrelige toestand blijft.Na het uitharden van één laag wordt de volgende laag verlijmd, en nadat alle lagen verlijmd zijn ontstaat een ruimtelijke eenheid.Het originele zand is nog steeds droog zand op plaatsen waar de lijm niet is gespoten, waardoor het gemakkelijker te verwijderen is.Door het niet-uitgeharde droge zand in het midden schoon te maken, kan een gietmal met een bepaalde wanddikte worden verkregen.Na het aanbrengen of impregneren van verf op het binnenoppervlak van de zandvorm, kan deze worden gebruikt voor het gieten van metaal.
Het uithardingstemperatuurpunt van het PCM-proces ligt meestal rond de 170 ℃.Het eigenlijke koude leggen en koud strippen dat bij het PCM-proces wordt gebruikt, verschilt van het vormen.Koud leggen en koud strippen houdt in dat de prepreg geleidelijk op de mal wordt gelegd volgens de vereisten van de productstructuur wanneer de mal zich aan het koude uiteinde bevindt, en vervolgens de mal wordt gesloten met de vormpers nadat het leggen is voltooid om een bepaalde druk te verkrijgen.Op dit moment wordt de mal verwarmd met behulp van een maltemperatuurmachine. Het gebruikelijke proces is om de temperatuur te verhogen van kamertemperatuur naar 170 ℃, en de verwarmingssnelheid moet worden aangepast aan de verschillende producten.De meeste zijn gemaakt van dit plastic.Wanneer de matrijstemperatuur de ingestelde temperatuur bereikt, worden isolatie en drukbehoud uitgevoerd om het product bij hoge temperatuur uit te harden.Nadat het uitharden is voltooid, is het ook nodig om een matrijstemperatuurmachine te gebruiken om de matrijstemperatuur af te koelen tot de normale temperatuur, en de verwarmingssnelheid wordt ook ingesteld op 3-5 ℃/min. Ga vervolgens verder met het openen van de matrijs en het extraheren van de onderdelen.
2. Vloeistofvormtechnologie
Vloeistofvormtechnologie (LCM) verwijst naar een reeks vormende technologieën voor composietmateriaal waarbij eerst droge vezelvoorvormen in een gesloten vormholte worden geplaatst en vervolgens vloeibare hars in de vormholte wordt geïnjecteerd na het sluiten van de vorm.Onder druk vloeit de hars en weekt de vezels.Vergeleken met het heetpersproces voor het vormen van blikjes heeft LCM veel voordelen, zoals het feit dat het geschikt is voor het vervaardigen van onderdelen met een hoge maatnauwkeurigheid en een complex uiterlijk;Lage productiekosten en eenvoudige bediening.
Met name het hogedruk-RTM-proces dat de afgelopen jaren is ontwikkeld, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), afgekort als HP-RTM-gietproces.Het verwijst naar het gietproces waarbij gebruik wordt gemaakt van hogedrukdruk om hars te mengen en te injecteren in een vacuümverzegelde mal die vooraf is gelegd met vezelversterkte materialen en vooraf ingebedde componenten, en vervolgens composietmateriaalproducten te verkrijgen door middel van harsstroomvullend, impregneren, uitharden en ontvormen. .Door de injectietijd te verkorten, wordt verwacht dat de productietijd van structurele luchtvaartcomponenten binnen tientallen minuten onder controle kan worden gehouden, waardoor een hoog vezelgehalte en hoogwaardige onderdelenproductie worden bereikt.
Het HP-RTM-vormproces is een van de vormingsprocessen voor composietmateriaal die op grote schaal in meerdere industrieën worden gebruikt.De voordelen liggen in de mogelijkheid om tegen lage kosten, korte cycli, massaproductie en productie van hoge kwaliteit (met een goede oppervlaktekwaliteit) te realiseren in vergelijking met traditionele RTM-processen.Het wordt veel gebruikt in verschillende industrieën, zoals de automobielindustrie, scheepsbouw, vliegtuigbouw, landbouwmachines, spoorwegvervoer, windenergieopwekking, sportartikelen, enz.
3. Technologie voor het vormen van thermoplastisch composietmateriaal
De afgelopen jaren zijn thermoplastische composietmaterialen een onderzoekshotspot geworden op het gebied van de productie van composietmaterialen, zowel nationaal als internationaal, vanwege hun voordelen van hoge slagvastheid, hoge taaiheid, hoge schadetolerantie en goede hittebestendigheid.Lassen met thermoplastische composietmaterialen kan het aantal klinknagel- en boutverbindingen in vliegtuigconstructies aanzienlijk verminderen, waardoor de productie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd en de productiekosten worden verlaagd.Volgens Airframe Collins Aerospace, een eersteklas leverancier van vliegtuigconstructies, hebben niet-heetgeperste, lasbare thermoplastische constructies het potentieel om de productiecyclus met 80% te verkorten in vergelijking met metalen en thermohardende composietcomponenten.
Het gebruik van de meest geschikte hoeveelheid materialen, de selectie van het meest economische proces, het gebruik van producten in de juiste onderdelen, het bereiken van vooraf bepaalde ontwerpdoelen en het bereiken van de ideale prestatie-kostenverhouding van producten zijn altijd de richting geweest van inspanningen voor beoefenaars van composietmaterialen.Ik geloof dat er in de toekomst meer vormprocessen zullen worden ontwikkeld om aan de behoeften op het gebied van productieontwerp te voldoen.
Posttijd: 21 november 2023
