חֲדָשׁוֹת

בהסתמך זמן רב על חומרי סיבי פחמן טרמוסטים לייצור חלקי מבנה מרוכבים חזקים מאוד עבור מטוסים, יצרני OEM של תעופה וחלל מאמצים כעת סוג נוסף של חומרי סיבי פחמן, מכיוון שההתקדמות הטכנולוגית מבטיחה ייצור אוטומטי של חלקים חדשים שאינם תרמוזים בנפח גבוה, בעלות נמוכה, משקל קל יותר.

בעוד שחומרים מרוכבים תרמופלסטיים מסיבי פחמן "קיימים זמן רב", רק לאחרונה יצרני תעופה וחלל יכולים לשקול את השימוש הנרחב שלהם בייצור חלקי מטוסים, כולל רכיבים מבניים ראשוניים, אמר סטפן דיון, סמנכ"ל הנדסה ביחידת המבנים המתקדמים של קולינס אירוספייס.

חומרים מרוכבים תרמופלסטיים מסיבי פחמן עשויים להציע ליצרני ציוד מקורי בתחום התעופה והחלל מספר יתרונות על פני חומרים מרוכבים תרמופלסטיים, אך עד לאחרונה היצרנים לא יכלו לייצר חלקים מחומרים תרמופלסטיים בשיעורים גבוהים ובעלות נמוכה, אמר.

בחמש השנים האחרונות, יצרני ציוד מקורי החלו להסתכל מעבר לייצור חלקים מחומרים תרמוסטיים, כאשר מדע הייצור של חלקים מרוכבים מסיבי פחמן התפתח, תחילה להשתמש בטכניקות עירוי שרף והעברת שרף (RTM) לייצור חלקי מטוסים, ולאחר מכן להשתמש בחומרים מרוכבים תרמופלסטיים.

GKN Aerospace השקיעה רבות בפיתוח טכנולוגיית עירוי השרף ו-RTM שלה לייצור רכיבים מבניים של מטוסים גדולים במחיר סביר ובמחירים גבוהים. GKN מייצרת כעת כנף מרוכבת באורך 17 מטר, מקשה אחת, תוך שימוש בייצור עירוי שרף, לפי מקס בראון, סמנכ"ל הטכנולוגיה של יוזמת הטכנולוגיות המתקדמות Horizon 3 של GKN Aerospace.

ההשקעות הכבדות של יצרני ציוד מרוכבים בשנים האחרונות כללו גם הוצאה אסטרטגית על פיתוח יכולות כדי לאפשר ייצור בנפח גבוה של חלקים תרמופלסטיים, לדברי דיון.

ההבדל הבולט ביותר בין חומרים תרמוסטים לחומרים תרמופלסטיים טמון בעובדה שחמרים תרמוסטים חייבים להישמר באחסון קר לפני שהם מעוצבים לחלקים, ולאחר שעוצבו, חלק תרמוסט חייב לעבור אשפרה במשך שעות רבות באוטוקלאב. התהליכים דורשים הרבה מאוד אנרגיה וזמן, ולכן עלויות הייצור של חלקים טרמוסטים נוטים להישאר גבוהים.

ריפוי משנה את המבנה המולקולרי של קומפוזיט תרמוסטי באופן בלתי הפיך, ומעניק לחלק את חוזקו. עם זאת, בשלב הנוכחי של ההתפתחות הטכנולוגית, אשפרה הופכת גם את החומר בחלק ללא מתאים לשימוש חוזר ברכיב מבני ראשוני.

עם זאת, חומרים תרמופלסטיים אינם דורשים אחסון קר או אפייה כאשר הם עשויים לחלקים, על פי דיון. ניתן להטביע אותם לצורה הסופית של חלק פשוט - כל סוגר למסגרות גוף המטוס באיירבוס A350 הוא חלק מרוכב תרמופלסטי - או לשלב ביניים של רכיב מורכב יותר.

ניתן לרתך חומרים תרמופלסטיים בדרכים שונות, מה שמאפשר ליצור חלקים מורכבים בעלי צורה גבוהה מתתי-מבנים פשוטים. כיום משתמשים בעיקר בריתוך אינדוקציה, מה שמאפשר ליצור רק חלקים שטוחים בעובי קבוע מתתי חלקים, לדברי דיון. עם זאת, קולינס מפתחת טכניקות ריתוך רטט וחיכוך לחיבור חלקים תרמופלסטיים, שלאחר אישורה היא מצפה שיאפשרו לה בסופו של דבר לייצר "מבנים מורכבים מתקדמים באמת", אמר.

היכולת לרתך יחד חומרים תרמופלסטיים ליצירת מבנים מורכבים מאפשרת ליצרנים לבטל את הברגים, מחברי המתכת והצירים הנדרשים על ידי חלקים תרמוסטים לחיבור וקיפול, ובכך ליצור תועלת הפחתת משקל של כ-10 אחוזים, מעריך בראון.

ובכל זאת, חומרים מרוכבים תרמופלסטיים נקשרים טוב יותר למתכות מאשר חומרים מרוכבים טרמוסטים, לפי בראון. בעוד שמו"פ תעשייתי שמטרתו לפתח יישומים מעשיים עבור אותו תכונה תרמופלסטית נשאר "ברמת מוכנות טכנולוגית לבגרות מוקדמת", הוא עשוי לאפשר בסופו של דבר למהנדסי תעופה וחלל לתכנן רכיבים המכילים מבנים משולבים תרמופלסטיים ומתכת היברידיים.

יישום פוטנציאלי אחד יכול, למשל, להיות מושב נוסעים קל משקל מקשה אחת, המכיל את כל המעגלים מבוססי המתכת הדרושים לממשק המשמש את הנוסע כדי לבחור ולשלוט באפשרויות הבידור שלו או שלה בטיסה, תאורת מושב, מאוורר עילי. , שכיבה בשליטה אלקטרונית של מושב, אטימות גוון החלון ופונקציות נוספות.

בניגוד לחומרים תרמוסטים, שצריכים ריפוי כדי לייצר את הקשיחות, החוזק והצורה הנדרשים מהחלקים שאליהם הם עשויים, המבנים המולקולריים של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים אינם משתנים כאשר הם הופכים לחלקים, לפי דיון.

כתוצאה מכך, חומרים תרמופלסטיים עמידים הרבה יותר לשברים בהשפעה מחומרים תרמוסטיים, תוך שהם מציעים קשיחות וחוזק מבניים דומים, אם לא חזקים יותר. "אז אתה יכול לעצב [חלקים] למדידים דקים בהרבה," אמר דיון, כלומר חלקים תרמופלסטיים שוקלים פחות מכל חלקי תרמוסט שהם מחליפים, אפילו מלבד הפחתת המשקל הנוספת הנובעת מהעובדה שחלקים תרמופלסטיים אינם דורשים ברגים או מחברים מתכתיים .

מיחזור חלקים תרמופלסטיים אמור גם להוכיח תהליך פשוט יותר מאשר מיחזור חלקים תרמוסטים. במצב הטכנולוגיה הנוכחי (ובמשך זמן מה), השינויים הבלתי הפיכים במבנה המולקולרי המיוצרים על ידי ריפוי חומרים טרמוסיסטים מונעים את השימוש בחומר ממוחזר לייצור חלקים חדשים בעלי חוזק שווה ערך.

מיחזור חלקים תרמוסטים כולל טחינת סיבי הפחמן בחומר לאורכים קטנים ושריפת תערובת הסיבים והשרף לפני עיבודה מחדש. החומר המתקבל לעיבוד מחדש חלש יותר מבחינה מבנית מהחומר התרמוסי שממנו עשוי החלק הממוחזר, כך שמחזור חלקי תרמוסיסה לחדשים הופך בדרך כלל "מבנה משני לשלישוני", אמר בראון.

מצד שני, מכיוון שהמבנים המולקולריים של חלקים תרמופלסטיים אינם משתנים בתהליכי ייצור וחיבור חלקים, ניתן פשוט להמיס אותם לצורה נוזלית ולעבד אותם מחדש לחלקים חזקים כמו המקור, לפי דיון.

מעצבי מטוסים יכולים לבחור מתוך מבחר רחב של חומרים תרמופלסטיים שונים הזמינים לבחירה בעיצוב וייצור חלקים. "מגוון די רחב של שרפים" זמין שלתוכם ניתן להטביע חוטי סיבי פחמן חד-ממדיים או אריגה דו-ממדית, המייצרים תכונות חומר שונות, אמר דיון. "השרפים המלהיבים ביותר הם השרפים הנמסים", הנמסים בטמפרטורות נמוכות יחסית ולכן ניתן לעצב וליצור בטמפרטורות נמוכות יותר.

סוגים שונים של תרמופלסטיים מציעים גם תכונות קשיחות שונות (גבוהה, בינונית ונמוכה) ואיכות כללית, לפי דיון. השרפים האיכותיים ביותר עולים הכי הרבה, והמחיר משתלם מייצג את עקב אכילס עבור תרמופלסטיים בהשוואה לחומרים תרמוסטים. בדרך כלל, הם עולים יותר מ-thermsets, ויצרני מטוסים חייבים להתחשב בעובדה זו בחישובי תכנון העלות/תועלת שלהם, אמר בראון.

חלקית מסיבה זו, GKN Aerospace ואחרות ימשיכו להתמקד בעיקר בחומרים תרמוסטיים בעת ייצור חלקי מבנה גדולים למטוסים. הם כבר משתמשים בחומרים תרמופלסטיים באופן נרחב בייצור חלקים מבניים קטנים יותר כמו אמפנס, הגאים וספוילרים. אולם בקרוב, כאשר ייצור בנפח גבוה ובעלות נמוכה של חלקים תרמופלסטיים קלים יהפוך לשגרה, היצרנים ישתמשו בהם הרבה יותר - במיוחד בשוק ה-eVTOL UAM המתפתח, סיכם דיון.

מגיעים מ-ainonline