כיום, ישנם תהליכי ייצור רבים עבור מבני חומרים מרוכבים, אותם ניתן ליישם לייצור וייצור של מבנים שונים.עם זאת, בהתחשב ביעילות הייצור התעשייתי ועלויות הייצור של תעשיית התעופה, במיוחד מטוסים אזרחיים, דחוף לשפר את תהליך הריפוי כדי להפחית את הזמן והעלויות.Rapid Prototyping היא שיטת ייצור חדשה המבוססת על עקרונות של יצירת אב טיפוס בדיד וערימה, שהיא טכנולוגיית אב טיפוס מהיר בעלות נמוכה.הטכנולוגיות הנפוצות כוללות דפוס דחיסה, יצירת נוזלים ויצירת חומרים מרוכבים תרמופלסטיים.
1. טכנולוגיית אבות טיפוס מהירה בלחיצת עובש
טכנולוגיית האב-טיפוס המהיר של יציקה היא תהליך המציב חלקי קדם-פרג מונחים מראש בתבנית היציקה, ולאחר סגירת התבנית, החסר נדחסים ומתמצקים באמצעות חימום ולחץ.מהירות היציקה מהירה, גודל המוצר מדויק ואיכות היציקה יציבה ואחידה.בשילוב עם טכנולוגיית אוטומציה, הוא יכול להשיג ייצור המוני, אוטומציה וייצור בעלות נמוכה של רכיבים מבניים מרוכבים של סיבי פחמן בתחום התעופה האזרחית.
שלבי דפוס:
① השג תבנית מתכת בעלת חוזק גבוה התואמת את מידות החלקים הנדרשים לייצור, ולאחר מכן התקן את התבנית במכבש וחמם אותה.
② צור את החומרים המרוכבים הדרושים לצורת התבנית.פריפורמינג הוא שלב מכריע המסייע לשפר את הביצועים של חלקים מוגמרים.
③ הכנס את החלקים המוכנים לתבנית המחוממת.לאחר מכן דחוס את התבנית בלחץ גבוה מאוד, בדרך כלל נע בין 800psi ל-2000psi (בהתאם לעובי החלק וסוג החומר המשמש).
④ לאחר שחרור הלחץ, הסר את החלק מהתבנית והסר את כל הקורות.
יתרונות של דפוס:
מסיבות שונות, דפוס היא טכנולוגיה פופולרית.חלק מהסיבה שהוא פופולרי היא בגלל שהוא משתמש בחומרים מרוכבים מתקדמים.בהשוואה לחלקי מתכת, חומרים אלו הם לרוב חזקים יותר, קלים יותר ועמידים יותר בפני קורוזיה, וכתוצאה מכך נוצרים חפצים בעלי תכונות מכניות טובות יותר.
יתרון נוסף של יציקה הוא ביכולתו לייצר חלקים מורכבים מאוד.למרות שטכנולוגיה זו אינה יכולה להגיע במלואה למהירות הייצור של הזרקת פלסטיק, היא מספקת צורות גיאומטריות יותר בהשוואה לחומרים מרוכבים למינציה טיפוסיים.בהשוואה להזרקת פלסטיק, הוא מאפשר גם סיבים ארוכים יותר, מה שהופך את החומר לחזק יותר.לכן, ניתן לראות ביפוס כאמצעי בין הזרקת פלסטיק לייצור חומרים מרוכבים למינציה.
1.1 תהליך גיבוש SMC
SMC הוא קיצור של חומרים מרוכבים ליצירת גיליונות, כלומר חומרים מרוכבים ליצירת גיליון מתכת.חומרי הגלם העיקריים מורכבים מחוט מיוחד SMC, שרף בלתי רווי, תוספי הצטמקות נמוכה, חומרי מילוי ותוספים שונים.בתחילת שנות ה-60 הופיע לראשונה באירופה.בסביבות 1965, ארצות הברית ויפן פיתחו ברציפות טכנולוגיה זו.בסוף שנות ה-80 הציגה סין קווי ייצור ותהליכים מתקדמים של SMC מחו"ל.ל-SMC יתרונות כגון ביצועים חשמליים מעולים, עמידות בפני קורוזיה, משקל קל ותכנון הנדסי פשוט וגמיש.התכונות המכניות שלו יכולות להיות דומות לחומרי מתכת מסוימים, ולכן הוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיות כמו תחבורה, בנייה, אלקטרוניקה והנדסת חשמל.
1.2 תהליך גיבוש BMC
בשנת 1961, הושקה תרכובת דפוס יריעות שרף בלתי רווי (SMC) שפותחה על ידי Bayer AG בגרמניה.בשנות ה-60 החלו לקדם את תרכובת היציקה בתפזורת (BMC), הידועה גם בשם DMC (Dough Molding Compound) באירופה, שלא עובה בשלביה הראשונים (שנות ה-50);לפי ההגדרה האמריקאית, BMC הוא BMC מעובה.לאחר קבלת הטכנולוגיה האירופית, יפן השיגה הישגים משמעותיים ביישום ובפיתוח של BMC, ועד שנות ה-80, הטכנולוגיה הפכה בשלה מאוד.עד כה, המטריצה המשמשת ב-BMC הייתה שרף פוליאסטר בלתי רווי.
BMC שייך לפלסטיק תרמוסטי.בהתבסס על מאפייני החומר, הטמפרטורה של חבית החומר של מכונת ההזרקה לא צריכה להיות גבוהה מדי כדי להקל על זרימת החומר.לכן, בתהליך ההזרקה של BMC ישנה חשיבות רבה לשליטה בטמפרטורת חבית החומר, ויש להתקין מערכת בקרה על מנת להבטיח את התאמת הטמפרטורה, על מנת להשיג את הטמפרטורה האופטימלית מחלק ההזנה ועד למדור. זרבובית.
1.3 יציקת פוליציקלופנטדיאן (PDCPD).
דפוס פוליציקלופנטדיאן (PDCPD) הוא בעיקר מטריצה טהורה ולא פלסטיק מחוזק.עקרון תהליך הדפוס PDCPD, שהופיע בשנת 1984, שייך לאותה קטגוריה כמו דפוס פוליאוריטן (PU), והוא פותח לראשונה על ידי ארצות הברית ויפן.
Telene, חברת בת של חברת Zeon Corporation היפנית (הממוקמת בבונדוז, צרפת), זכתה להצלחה רבה במחקר ובפיתוח של PDCPD והפעילות המסחרית שלה.
תהליך יציקת RIM עצמו קל יותר לאוטומטי ובעל עלויות עבודה נמוכות יותר בהשוואה לתהליכים כגון ריסוס FRP, RTM או SMC.עלות העובש בשימוש PDCPD RIM נמוכה בהרבה מזו של SMC.לדוגמה, תבנית מכסה המנוע של Kenworth W900L משתמשת במעטפת ניקל ובליבת אלומיניום יצוק, עם שרף בצפיפות נמוכה עם משקל סגולי של 1.03 בלבד, מה שלא רק מוזיל עלויות אלא גם מפחית משקל.
1.4 יצירה מקוונת ישירה של חומרים תרמופלסטיים מרוכבים מחוזי סיבים (LFT-D)
בסביבות 1990, LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) הוצג לשוק באירופה ובאמריקה.CPI Company בארצות הברית היא החברה הראשונה בעולם שפיתחה ציוד לייצור תרמופלסטי מרוכב סיבים ארוכים ישיר בקו וטכנולוגיה מקבילה (LFT-D, Direct In Line Mixing).היא נכנסה לפעילות מסחרית בשנת 1991 והיא מובילה עולמית בתחום זה.Diffenbarcher, חברה גרמנית, חוקרת את טכנולוגיית LFT-D מאז 1989. נכון לעכשיו, ישנם בעיקר LFT D, Tailored LFT (שיכול להשיג חיזוק מקומי המבוסס על מתח מבני), ו-Advanced Surface LFT-D (משטח גלוי, משטח גבוה איכות) טכנולוגיות.מנקודת המבט של פס הייצור, רמת המכבש של דיפנברכר גבוהה מאוד.מערכת האקסטרוזיה D-LFT של חברת German Coperation נמצאת בעמדה מובילה בינלאומית.
1.5 טכנולוגיית ייצור יציקה ללא תבנית (PCM)
PCM (ייצור דפוס ללא יציקה) פותח על ידי המרכז לייזר רפיד אבות טיפוס של אוניברסיטת Tsinghua.יש ליישם את טכנולוגיית האב-טיפוס המהיר על תהליכי יציקת חול שרף מסורתיים.ראשית, השג את מודל ה-CAD הליהוק מדגם CAD החלק.קובץ ה-STL של מודל ה-CAD הליהוק מרובד כדי לקבל מידע על פרופיל רוחב, המשמש לאחר מכן ליצירת מידע בקרה.במהלך תהליך היציקה, הזרבובית הראשונה מרססת במדויק את הדבק על כל שכבת חול על ידי בקרת מחשב, בעוד שהזרבובית השנייה מרססת את הזרז באותו נתיב.השניים עוברים תגובת מליטה, מגבשים את החול שכבה אחר שכבה ויוצרים ערימה.החול באזור שבו הדבק והזרז פועלים יחד מתמצק יחד, בעוד החול באזורים אחרים נשאר במצב גרגירי.לאחר ריפוי שכבה אחת, השכבה הבאה מלוכדת, ולאחר שכל השכבות מלוכדות מתקבלת ישות מרחבית.החול המקורי הוא עדיין חול יבש באזורים שבהם הדבק אינו מרוסס, מה שמקל על ההסרה.על ידי ניקוי החול היבש הלא נרפא באמצע, ניתן לקבל תבנית יציקה בעובי דופן מסוים.לאחר מריחת או הספגה של צבע על פני השטח הפנימיים של תבנית החול, ניתן להשתמש בו ליציקת מתכת.
נקודת טמפרטורת הריפוי של תהליך PCM היא בדרך כלל סביב 170 ℃.ההנחה הקרה וההפשטה הקרה בפועל בשימוש בתהליך PCM שונה מיובש.הנחה קרה והפשטה קרה כרוכה בהנחה הדרגתית של ה-prepreg על התבנית בהתאם לדרישות מבנה המוצר כאשר התבנית נמצאת בקצה הקר, ולאחר מכן סגירה של התבנית במכבש היוצר לאחר השלמת ההנחה כדי לספק לחץ מסוים.בשלב זה, התבנית מחוממת באמצעות מכונת טמפרטורת תבנית, התהליך המקובל הוא העלאת הטמפרטורה מטמפרטורת החדר ל-170 ℃, ויש להתאים את קצב החימום בהתאם למוצרים שונים.רובם עשויים מפלסטיק זה.כאשר טמפרטורת העובש מגיעה לטמפרטורה שנקבעה, מתבצעים בידוד ושימור לחץ כדי לרפא את המוצר בטמפרטורה גבוהה.לאחר השלמת הריפוי, יש צורך גם להשתמש במכונת טמפרטורת תבנית כדי לקרר את טמפרטורת התבנית לטמפרטורה רגילה, וקצב החימום נקבע גם על 3-5 ℃/דקה, לאחר מכן המשך בפתיחת התבנית וחילוץ חלקים.
2. טכנולוגיה ליצירת נוזלים
טכנולוגיית יצירת נוזלים (LCM) מתייחסת לסדרה של טכנולוגיות ליצירת חומרים מרוכבים, אשר ממקמות תחילה סיבים יבשים בחלל עובש סגור, ולאחר מכן מזריקים שרף נוזלי לתוך חלל התבנית לאחר סגירת התבנית.בלחץ, השרף זורם ומשרים את הסיבים.בהשוואה לתהליך יצירת פחיות הכבישה החמה, ל-LCM יש יתרונות רבים, כמו היותו מתאים לייצור חלקים בעלי דיוק ממדי גבוה ומראה מורכב;עלות ייצור נמוכה ותפעול פשוט.
במיוחד תהליך ה-RTM בלחץ גבוה שפותח בשנים האחרונות, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), המקוצר כ-HP-RTM processing.זה מתייחס לתהליך היציקה של שימוש בלחץ גבוה כדי לערבב והזרקת שרף לתוך תבנית אטומה בוואקום המונחה מראש עם חומרים מחוזקים בסיבים ורכיבים מוטבעים מראש, ולאחר מכן השגת מוצרי חומר מרוכב באמצעות מילוי זרימת שרף, הספגה, אשפרה ושחרור תבנית. .על ידי צמצום זמן ההזרקה, הוא צפוי לשלוט בזמן הייצור של רכיבים מבניים תעופה תוך עשרות דקות, להשיג תכולת סיבים גבוהה וייצור חלקים בעל ביצועים גבוהים.
תהליך היווצרות HP-RTM הוא אחד מתהליכי יצירת החומרים המרוכבים בשימוש נרחב בתעשיות מרובות.היתרונות שלו טמונים באפשרות להשיג בעלות נמוכה, מחזור קצר, ייצור המוני וייצור איכותי (עם איכות פני השטח טובה) בהשוואה לתהליכי RTM מסורתיים.הוא נמצא בשימוש נרחב בתעשיות שונות כגון ייצור רכב, בניית ספינות, ייצור מטוסים, מכונות חקלאיות, תחבורה ברכבת, ייצור כוח רוח, מוצרי ספורט וכו '.
3. טכנולוגיית יצירת חומרים מרוכבים תרמופלסטיים
חומרים מרוכבים תרמופלסטיים הפכו בשנים האחרונות למוקד מחקר בתחום ייצור חומרים מרוכבים בארץ ובעולם, בשל יתרונותיהם של עמידות גבוהה בפני פגיעות, קשיחות גבוהה, עמידות גבוהה לנזק ועמידות טובה בחום.ריתוך עם חומרים מרוכבים תרמופלסטיים יכול להפחית משמעותית את מספר חיבורי המסמרות והבריחים במבני מטוסים, לשפר מאוד את יעילות הייצור ולהפחית את עלויות הייצור.לפי Airframe Collins Aerospace, ספקית מהשורה הראשונה של מבני מטוסים, למבנים תרמופלסטיים שאינם בכבישה חמה יש פוטנציאל לקצר את מחזור הייצור ב-80% בהשוואה למתכת ורכיבים מרוכבים תרמוסטיים.
השימוש בכמות החומרים המתאימה ביותר, בחירת התהליך החסכוני ביותר, שימוש במוצרים בחלקים המתאימים, השגת יעדי עיצוב שנקבעו מראש והשגת יחס עלות הביצועים האידיאלי של מוצרים היו תמיד הכיוון. של מאמצים עבור מתרגלים חומרים מרוכבים.אני מאמין שתהליכי יציקה נוספים יפתחו בעתיד כדי לענות על צורכי עיצוב הייצור.
זמן פרסום: 21 בנובמבר 2023
