notícies

Durant molt de temps, depenent dels materials de fibra de carboni termoset per fer peces estructurals compostes molt fortes 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 parts no tèrmiques a un volum elevat, baix cost i Pes més lleuger.

Si bé els materials compostos de fibra de carboni termoplàstica "han estat durant molt de temps", només recentment els fabricants aeroespacials podrien considerar el seu ús generalitzat en la fabricació de peces d'avió, inclosos components estructurals primaris, va dir Stephane Dion, VP Engineering de la unitat estructura avançada de Collins AeroSpace.

Els compostos termoplàstics de fibra de carboni poden oferir potencialment OEM aeroespacials diversos avantatges respecte als compostos termoset, però fins fa poc els fabricants no podien fer peces de compostos termoplàstics a taxes elevades i a baix cost, va dir.

En els últims cinc anys, els OEM han començat a mirar més enllà de fer parts a partir de materials termosets com l'estat de la ciència de fabricació de parts compostes de fibra de carboni desenvolupada, primer per utilitzar tècniques d'infusió de resina i transferència de resina (RTM) per fer peces d'avió i després per utilitzar compostos termoplàstics.

GKN Aerospace ha invertit molt en el desenvolupament de la seva infusió de resina i tecnologia RTM per a la fabricació de grans components estructurals d’avions de manera assequible i a taxes elevades. GKN ara realitza un spart compost compost de 17 metres de longitud mitjançant la fabricació d’infusió de resina, segons Max Brown, VP de tecnologia per a la iniciativa de tecnologies avançades de Horizon 3 de GKN Aerospace.

Les fortes inversions de fabricació de compostos dels OEMS en els darrers anys també han inclòs la despesa estratègica en desenvolupar capacitats per permetre la fabricació de grans volums de peces termoplàstiques, segons Dion.

La diferència més notable entre els materials termoset i termoplàstics rau en el fet que els materials termoset s’han de mantenir en l’emmagatzematge en fred abans de ser conformats en parts i, un cop en forma, una part termoset s’ha de patir durant moltes hores en un autoclau. Els processos requereixen una gran quantitat d’energia i temps, de manera que els costos de producció de les parts termoset solen mantenir -se alts.

El curació altera l’estructura molecular d’un termoset compost de manera irreversible, donant a la part la seva força. No obstant això, en l'etapa actual del desenvolupament tecnològic, la curació també fa que el material de la part no sigui apte per a la reutilització en un component estructural primari.

Tot i això, els materials termoplàstics no requereixen emmagatzematge en fred ni coure quan es fan en parts, segons Dion. Es poden estampar a la forma final d’una part senzilla —el suport per als marcs del fuselatge a l’Airbus A350 és una part composta termoplàstica, o en un estadi intermedi d’un component més complex.

Els materials termoplàstics es poden soldar de diverses maneres, permetent que les parts complexes i amb forma de forma siguin a partir de subestructures simples. Actualment, la soldadura d’inducció s’utilitza principalment, que només permet que les parts planes i de gruix constant es facin a partir de sub-part, segons Dion. Tot i això, Collins està desenvolupant tècniques de soldadura de vibracions i friccions per unir parts termoplàstiques, que un cop certificades esperen que acabarà permetrà 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 fixadors i les frontisses requerides per les parts termoset per unir-se i plegar, creant així un benefici de reducció de pes d’uns 10 per cent, estimacions marrons.

Tot i així, els compostos termoplàstics s’enllacen millor als metalls que els compostos termosets, segons Brown. Si bé la R + D industrial tenia com a objectiu desenvolupar aplicacions pràctiques per a la propietat termoplàstica queda "a un nivell de preparació tecnològica de maduresa primerenca", podria acabar amb els enginyers aeroespacials dissenyar components que contenen estructures integrades termoplàstiques i metalls híbrides.

Una de les aplicacions potencials podria, per exemple, ser un seient de passatgers aerolínia lleuger i lleuger que conté tots els circuits basats en metalls necessaris per a la interfície que utilitza el passatger per seleccionar i controlar les seves opcions d'entreteniment inflight, la il·luminació del seient, el ventilador de sobre , Reclínia de seient controlada electrònicament, opacitat d'ombra de la finestra i altres funcions.

A diferència dels materials termoset, que necessiten curar per produir la rigidesa, la força i la forma requerides de les parts en què es fan, les estructures moleculars dels materials compostos termoplàstics no canvien quan es fan en parts, segons Dion.

Com a resultat, els materials termoplàstics són molt més resistents a la fractura en l'impacte que els materials termoset, alhora que ofereixen una duresa i força estructurals similars, si no més fortes. "Així que podeu dissenyar [parts] fins a calibres molt més prims", va dir Dion, que significa que les parts termoplàstiques pesen menys que les parts termoset que substitueixen, fins i tot a banda de les reduccions addicionals de pes resultants del fet que les parts termoplàstiques no requereixen cargols o fixadors metàl·lics .

El reciclatge de les parts termoplàstiques també ha de demostrar un procés més senzill que el reciclatge de les parts termoset. A l’estat actual de la tecnologia (i durant un temps que ve), els canvis irreversibles en l’estructura molecular produïdes mitjançant la curació de materials termoset impedeixen l’ús de material reciclat per fer noves parts de força equivalent.

El reciclatge de les parts termoeset consisteix a 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 termoset a partir del qual es va fer la part reciclada, de manera que el reciclatge de les parts termoset en noves normalment converteixen "una estructura secundària en un terciari", va dir Brown.

D'altra banda, com que les estructures moleculars de les parts termoplàstiques no canvien en els processos de fabricació de peces i unió de parts, simplement es poden fondre en forma líquida i reprocessar-les en parts tan fortes com els originals, segons Dion.

Els dissenyadors d’avions poden triar entre una àmplia selecció de diferents materials termoplàstics disponibles per triar per dissenyar i fabricar peces. "Hi ha una gamma força àmplia de resines" en què es poden incrustar filaments unidimensionals de fibra de carboni o teixits bidimensionals, produint diferents propietats materials, va dir Dion. "Les resines més emocionants són les resines de fusió baixa", que es fonen a temperatures relativament baixes i, per tant, es poden donar forma i formar-se a temperatures més baixes.

Segons Dion, diferents classes de termoplàstics també ofereixen diferents propietats de rigidesa (alta, mitjana i baixa) i qualitat general. Les resines de màxima qualitat costen més i l’accessibilitat representa el taló d’Aquil·les per als termoplàstics en comparació amb els materials termoset. Normalment, costen més que termosets i els fabricants d’avions han de considerar aquest fet en els seus càlculs de disseny de costos/beneficis, va dir Brown.

En part, per això, GKN Aerospace i altres continuaran centrant -se més en materials termoset quan fabriquen grans parts estructurals per a avions. Ja utilitzen materials termoplàstics àmpliament per fer parts estructurals més petites com ara empenatges, timons i spoilers. Aviat, però, quan la fabricació de parts termoplàstiques lleugeres i de baix cost es fa rutinària, els fabricants els utilitzaran molt més àmpliament, sobretot en el creixent mercat EVTOL UAM, va concloure Dion.

Veniu d’Ainonline