Depenent durant molt de temps dels materials de fibra de carboni termoestables per fer peces estructurals compostes molt resistents per a avions, els OEM aeroespacials estan adoptant una altra classe de materials de fibra de carboni, ja que els avenços tecnològics prometen la fabricació automatitzada de noves peces no termoestables a gran volum, baix cost i pes més lleuger.
Si bé els materials compostos termoplàstics de fibra de carboni "han existit des de fa molt de temps", només recentment els fabricants aeroespacials podrien considerar el seu ús generalitzat en la fabricació de peces d'avions, inclosos components estructurals primaris, va dir Stephane Dion, vicepresident d'enginyeria de la unitat d'estructures avançades de Collins Aerospace.
Els compostos termoplàstics de fibra de carboni ofereixen potencialment als OEM aeroespacials diversos avantatges sobre els compostos termoestables, però fins fa poc els fabricants no podien fabricar peces de compostos termoplàstics a preus elevats i a baix cost, va dir.
En els últims cinc anys, els OEM han començat a mirar més enllà de la fabricació de peces amb materials termoestables a mesura que es va desenvolupar l'estat de la ciència de fabricació de peces compostes de fibra de carboni, primer per utilitzar tècniques d'emmotllament de transferència de resina i infusió de resina (RTM) per fer peces d'avions, i després per utilitzar compostos termoplàstics.
GKN Aerospace ha invertit molt en el desenvolupament de la seva tecnologia d'infusió de resina i RTM per a la fabricació de components estructurals d'avions grans de manera assequible ia preus elevats. GKN fa ara un espar alar compost d'una sola peça de 17 metres de llarg mitjançant la fabricació d'infusió de resina, segons Max Brown, vicepresident de tecnologia de la iniciativa de tecnologies avançades Horizon 3 de GKN Aerospace.
Segons Dion, les fortes inversions de fabricació de compostos dels OEM en els últims anys també han inclòs la despesa estratègica en el desenvolupament de capacitats per permetre la fabricació de grans volums de peces termoplàstiques.
La diferència més notable entre els materials termoestables i els termoplàstics rau en el fet que els materials termoestables s'han de conservar en emmagatzematge en fred abans de donar-li forma a les peces, i un cop conformada, una peça termoestables s'ha de curar durant moltes hores en un autoclau. Els processos requereixen una gran quantitat d'energia i temps, de manera que els costos de producció de peces termoestables tendeixen a mantenir-se elevats.
El curat altera l'estructura molecular d'un compost termoestabl de manera irreversible, donant a la peça la seva resistència. Tanmateix, en l'actual etapa de desenvolupament tecnològic, el curat també fa que el material de la peça no sigui apte per a la seva reutilització en un component estructural primari.
Tanmateix, segons Dion, els materials termoplàstics no requereixen emmagatzematge en fred ni cocció quan es fan en peces. Es poden estampar en la forma final d'una peça senzilla (cada suport per als marcs del fuselatge de l'Airbus A350 és una peça composta termoplàstica) o en una etapa intermèdia d'un component més complex.
Els materials termoplàstics es poden soldar de diverses maneres, permetent que es facin peces complexes i de gran forma a partir de subestructures senzilles. Avui dia s'utilitza principalment la soldadura per inducció, que només permet fer peces planes i de gruix constant a partir de subpeces, segons Dion. Tanmateix, Collins està desenvolupant tècniques de soldadura per vibració i fricció per unir peces termoplàstiques, que, un cop certificades, espera que eventualment li permetin produir "estructures complexes realment avançades", va dir.
La capacitat de soldar materials termoplàstics per fer estructures complexes permet als fabricants eliminar els cargols metàl·lics, els elements de fixació i les frontisses que requereixen les peces termoestables per unir i plegar, creant així un benefici de reducció de pes d'aproximadament un 10 per cent, estima Brown.
Tot i així, els compostos termoplàstics s'uneixen millor als metalls que els compostos termoestables, segons Brown. Tot i que la R+D industrial destinada a desenvolupar aplicacions pràctiques per a aquesta propietat termoplàstica es manté "a un nivell de preparació tecnològica de maduresa primerenca", podria eventualment permetre als enginyers aeroespacials dissenyar components que continguin estructures integrades híbrides de termoplàstics i metalls.
Una aplicació potencial podria ser, per exemple, un seient de passatgers d'un avió de línia lleuger d'una sola peça que contingui tots els circuits basats en metalls necessaris per a la interfície utilitzada pel passatger per seleccionar i controlar les seves opcions d'entreteniment a bord, il·luminació dels seients, ventilador superior. , reclinació del seient controlada electrònicament, opacitat de l'ombra de la finestra i altres funcions.
A diferència dels materials termoestables, que necessiten curar-se per produir la rigidesa, la força i la forma requerides de les peces en les quals es fabriquen, les estructures moleculars dels materials compostos termoplàstics no canvien quan es converteixen en peces, segons Dion.
Com a resultat, els materials termoplàstics són molt més resistents a la fractura a l'impacte que els materials termoestables, alhora que ofereixen una resistència i una resistència estructurals similars, si no més fortes. "Per tant, podeu dissenyar [peces] amb calibres molt més prims", va dir Dion, és a dir, que les peces termoplàstiques pesen menys que qualsevol peça termoestable que substitueixen, fins i tot a part de les reduccions de pes addicionals derivades del fet que les peces termoplàstiques no requereixen cargols ni elements de fixació metàl·lics. .
El reciclatge de peces termoplàstiques també hauria de ser un procés més senzill que el reciclatge de peces termoestables. En l'estat actual de la tecnologia (i durant algun temps), els canvis irreversibles en l'estructura molecular produïts pel curat de materials termoestables impedeixen l'ús de material reciclat per fer noves peces de resistència equivalent.
El reciclatge de peces termoestables implica triturar les fibres de carboni del material en petites longituds i cremar la barreja de fibra i resina abans de reprocessar-la. El material obtingut per al reprocessament és estructuralment més feble que el material termoestabl a partir del qual es va fer la peça reciclada, de manera que el reciclatge de peces termoestables en de noves normalment converteix "una estructura secundària en una terciària", va dir Brown.
D'altra banda, com que les estructures moleculars de les peces termoplàstiques no canvien en els processos de fabricació i unió de peces, simplement es poden fondre en forma líquida i tornar a processar en peces tan fortes com les originals, segons Dion.
Els dissenyadors d'aeronaus poden triar entre una àmplia selecció de diferents materials termoplàstics disponibles per triar en el disseny i la fabricació de peces. Hi ha disponible "una gamma bastant àmplia de resines" a les quals es poden incrustar filaments de fibra de carboni unidimensionals o teixits bidimensionals, produint diferents propietats del material, va dir Dion. "Les resines més emocionants són les resines de baix punt de fusió", que es fonen a temperatures relativament baixes i, per tant, es poden donar forma i formar-se a temperatures més baixes.
Les diferents classes de termoplàstics també ofereixen diferents propietats de rigidesa (alta, mitjana i baixa) i qualitat general, segons Dion. Les resines de la més alta qualitat costen més, i l'assequibilitat representa el taló d'Aquil·les per als termoplàstics en comparació amb els materials termoestables. En general, costen més que els termoestables, i els fabricants d'avions han de tenir en compte aquest fet en els seus càlculs de disseny cost/benefici, va dir Brown.
En part per aquest motiu, GKN Aerospace i altres continuaran centrant-se més en materials termoestables quan fabriquen peces estructurals grans per a avions. Ja utilitzen materials termoplàstics àmpliament per fabricar peces estructurals més petites com ara empenatges, timons i spoilers. Aviat, però, quan la fabricació de grans volums i baix cost de peces termoplàstiques lleugeres es converteixi en rutina, els fabricants les utilitzaran molt més àmpliament, especialment en el creixent mercat eVTOL UAM, va concloure Dion.
vénen d'ainonline
Hora de publicació: 08-agost-2022