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自动预成型,第3部分:绗缝层次过程

CW的CETIM和QSP线路在40-90秒内预制了多厚的热塑性材料,用于复合零件,循环次数为1-2分钟。
#编织#自动化#pei.

这是七部分系列关于预成型的第三部分。有关此系列的更多信息,请单击以下链接:

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预成型工业发展,第一部分第2部分


在这篇博客中,我万博欧洲杯买球官网描述了绗缝地层工艺(QSP),基于我对位于Cetim(法国南特,法国)并在Cetim的3D热塑性灯丝绕组技术的最后一部分包括V级压力容器,称为翼展TP。

当QSP开发2013年开始时,目标是在一分钟内生产负载和重量优化的多厚度复合部件。通过使用热塑性塑料与热固性能够更快的速度,也可以消除湿,化学过程。纤维增强热塑性胶带和有机薄片可以轻松或在线生产,并且可以易于处理。它们也可以将超声粘在一起以产生预成型件,然后热成型,以产生具有集成插入件和超模塑料肋,凸台等的零件。

Cetim公司QSP开发工程师Franck Bordellier说:“我们的目标是减少浪费和重量,以具有竞争力的成本生产优化的集成部件。”Cetim是一家工程和先进制造R&T组织。

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过程名称中的“绗缝”是指热塑性(TP)胶带的确切贴片,而“Stratum”表示它们的方向和分层放置在正确的位置中的合适材料 - 以产生净形状预制件和部件。“我们还想整合模塑孔和金属刀片,以消除二次加工,并导致毛刺等质量问题,”Bordellier补充道。

2015年,一条QSP试点生产线在Cetim建成。据报道,贴片预成型速率为5公斤/分钟,该生产线由不同模块组成,包括:

  • TP胶带拉挤
  • 片切割
  • 胶带铺设和组装成预制件
  • 预热坯料并压制成型加上成型成零件。

Cetim在开发QSP方面的主要合作伙伴包括复合材料工业压力机和自动化设备供应商Pinette Emidecau行业(PEI, Chalon sur Saone,法国),工装专家撰写(Bellignat,法国),热塑性复合材料专家Loirietech.(犹太福尔瓦岛,法国),提供了预制件加热系统,当地政府地区支付De Loire。

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QSP生产线由多个不同的模块组成,输入原料(纤维,聚合物),并在几分钟内输出净形状的热塑性复合部件。
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QSP的开发由南特Cetim复合材料研发中心领导,得到了复合材料行业供应商(Pinette Emidecau、Compose和Loiretech)和各种政府组织的支持,包括当地Région Pays de Loire。

来源:Cetim

TP胶带拉挤

“我们已经开发了热塑性覆膜,为QSP的正确厚度和宽度提供胶带,”Bordellier解释说。该线可以在0.6-3.0mm厚度和100-300mm宽度下拉挤玻璃或碳单向(UD)胶带。在期间进行的宽度CW.旅行是230毫米。“我们的目标不是薄薄的磁带,但是拥有厚厚的胶带和型材,内置增强剂,”Bordellier说。“用薄胶带,您需要3-4层在预制件中。我们宁愿拥有这些已经在录像带中覆盖。“

他继续,“与Organosheet相比,这是我们的解决方案,这对于高批量零件的成本太高。目标是以每公斤3欧元的成本获得胶带。拉挤腾可以降低成本,因为它是连续的过程。Organosheet为玻璃纤维增​​强聚酰胺(GF / PA)每公斤7欧元。如果我们在3米/分钟运行线,我们可以击败这一点。“

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连续热塑性拉挤工艺。
来源:CETIM。

Cetim探索了几种将UD纤维与TP基体浸渍的方法:

  • 使用液体(熔化)聚合物的湿法;
  • 混合材料(取决于TP与纤维的分散质量);
  • 反应单体/聚合物,如己内酰胺,十二内酰胺或Elium。

注意:
混合纤维/纱线可以用粉末状热塑性塑料制成,也可以用热塑性塑料和增强纤维捻合制成。科茨集团(英国斯托克利公园和马里昂,NC)和康科迪亚纤维(考文垂,RI)是两家混合产品供应商。

己内酰胺和laurolactam(链接文章,见5TH.图片标题步骤1)是类水粘度的单体,分别聚合形成尼龙6和尼龙12。Arkema亚克里/烯丙基树脂的设计具有低粘度,用于加工如热固性,同时提供热成型性和可回收性,如热塑性塑料。


Bordellier解释说,粘度通常为热固性剂和300-500MPa-s的热塑性塑料。(请注意,1 MPA-S = 1厘泊,CP。)“我们需要1到20 MPA-S之间的粘度,最大为50 MPa-s,”他补充道。Cetim的拉挤线目前正在使用Evolite,高流量热塑性塑料来自索尔维。“我们正在试验新的Evolite材料,并在与Solvay的合作项目中做了很多试验。现在我们的目标是提高生产线的速度,也许还能减少模具成型过程中的摩擦。”

Bordellier强调QSP不是限制UD胶带的过程,而是容易适应各种材料,例如织物增强的有机晶片。但是,UD磁带是用于定制高度优化的高性能零件的预制件的有效手段。

切割TP补丁

连续拉挤胶带进入贴片切割模块。“我们不会将录像带缠绕在梭芯上,而是直接喂养它,而平躺,”Bordellier说。“在切断所需的所有磁带贴片后,将这些送入预制件组装模块。”他指出,Pinette Emidecau提供了切割模块单元。

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QSP切割模块具有带有超声波切割器和夹具的机器人臂,可快速,干净,高质量的切割,易于处理传入磁带和切割贴片。来源:CETIM。

“我们测试了Waterjet和Laser,但这些需要随后的干燥和清洁零件。”选择超声切割,使用技术开发的技术Sonimat.(Carquefou、法国)。“它的速度非常快,超过400毫米/秒,”Bordellier指出,“但也很干净。”他承认厚度存在一些限制,“1.5毫米就可以了,但超过1.5毫米就需要多次切割,这就会减慢加工过程。”

切割模块中的机械臂既配备了真空夹持器,也配备了超声波切割机。它将胶带拉入,以任何角度切割,然后捡起贴片并将其放入出料槽中,以便随后转移到预成型装配模块或存储以便以后处理。

预成型组装

预制件组装模块实际上是最初描述的QSP,贴片并建立成可变厚度预制件。这部分飞行员生产线虽然专利完全覆盖,但保持隐藏在白色围栏内。(下面的照片通过QSP视频。)

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QSP预制件组装模块放置和超声波焊接补丁,以创建多厚度平板预制件。多个机器人可以实现高效的并行处理。
来源:CETIM。

Bordellier解释说,通过超声波焊接粘贴了精密贴片,然后用超声波焊接固定。“这是非常有效的,因为它更像是一个平行的与串行构建过程,”他指出,添加“我们不需要大量的粘性点来稳定预制件或单独的压实步骤。”

预热和压制成型

平板预制件随后被机器人转移到该过程的快速预热部分,该部分也获得了专利,结合了用于加热厚预制件内部的传导烤箱和用于快速加热外表面的红外(IR)烤箱。Bordellier解释说:“预成型体内部的传导烤箱提供了最大的热量,这使得我们可以在不降低较低厚度区域的情况下将大量热量放入较高厚度区域。”“我们还将红外烘箱直接放置在印刷机外面,并使用快速机器人实现5秒内进出烘箱并最终进入印刷机。这是关键,因为预成型迅速冷却,成型过程中的热轮廓对零件性能有直接影响。”

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传导加热
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转移到
红外线的
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红外线的
加热
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加热预制件进入压力机

Bordellier指出,一部分的导通加热是在IR加热中的另一部分。“预热量大约是新闻周期的两倍,”他说。“对于1分钟的新闻循环,您需要两分钟的预热器厚度为2毫米。”预成型坯在预热期间保持在热塑性基质的熔体温度下方。

该电池中的单个机器人在第一传导中传递进出的预成型件,然后在IR加热步骤中,然后最终进入Pinette Emidecau 500-MT压力机。从IR烤箱转移到压机的预制件通过机器人用针夹子通过施马兹(格拉丁,德国)。配有2,000巴,0.4升拍摄注射单元克劳斯马费伊(München,德国),该压力机可同时热成型和复模。除了油加热板在压力机,一个200kw快速热/冷感应系统来自RocTool(Le Bourget du Lac,法国)可用,也可用于过度成型。

零件由工人在压力机的另一侧脱模,但可以很容易地自动化。Bordellier描述了线路的过程控制,“我们已经集成了IR加热控制的热相机,激光系统,用于预制件放置和用于整个过程的质量保证的激光系统。”

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Overmolded部分
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汽车座椅返回
(Demos项目福雷西亚
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多厚度、多材料l型示范机

资料来源:Cetim和Pinette Emidecau Industries。

数百个演示部分

“我们已经演示了几百个部件,”Bordellier说。“我们可以每40秒生产一个预制块,而这个预制块包括13个补丁。”在这里,他描述了一个多厚度、多材料的l型示范机,它集成了13块1.5 mm、2 mm和3 mm厚的有机薄片和UD胶带。这部分有预成型建于40秒,conduction-heated在50秒,红外加热在60秒,然后使用双腔模具在60秒内的总周期时间少于77秒每6毫米厚的部分模塑塑料和金属配件和插入。

另一个示范项目是QSP保险杠梁与单层厚度的部件相比,它减少了多达25%的重量和材料使用,废物从40- 50%减少到0- 15%。它的特点是40秒内就能完成预制件,但较厚的部分需要较长的加热周期。它在90秒内进行传导加热,在95秒内进行红外加热,在80秒内压制,以生产4.5-6毫米厚的净形状零件,并有模制孔。

“这是一个合作项目S.N.O.P.(法国Villepinte),”Bordellier说,并指出“循环时间将随着零件尺寸和厚度的增加而增加。他还指出,“使用保险杠横梁,我们可以在40秒内建造两个预制体,但使用较小的预制体,我们可以在同一时间内建造四个或更多。”

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来源:CETIM。

保险杠的另一个优势是0%的浪费。Bordellier解释说:“我们设计的部件避免了小的切割,所以它的形状非常方。”“在设计开发过程中,我们进行了工艺模拟,并将这些集成到该部件的最终补丁预成型设计中。”

绗缝阶层设计(QSD)

QSP的另一个关键方面以及CETIM及其合作伙伴提供的服务是设计。“目前市场上没有工具可以帮助设计多厚度的预制件,”那就是“那就是帮助识别最佳厚度和刚度分布。所以我们已经开发了QSD Optim。“

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来源:CETIM。

这个软件工具包括两个层次:

1级是使用OptiSruct有限元分析(FEA)软件的非均匀材料的宏优化牵牛星(Troy, MI)和MATLAB软件Mathworks.(纳蒂克,MA)。

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第2级是使用MATLAB进行的具有叠加序列表的细观优化,并使用Abaqus (Dassaultsystèmes.,vélizy,法国和沃尔瑟姆,ma)和Altair OptiStruct等来评估最佳的堆叠序列。

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他补充说:“我们正在努力将这两个步骤一起自动化。”他指出,Cetim正在探索与Altair合作,将这一设计工具推向市场。

“我们也在研究过程模拟,或者我们称之为QSP成形。”Bordellier解释说,这种优化结合了形状、厚度和铺层方向,因为它模拟了平板预制件在压力机中形成最终的3D零件。他补充道:“我们的目标之一是找到‘无废料’的厚度形状。”

其他复合材料开发领域

复合材料的设计、分析和仿真实际上是Cetim的主要关注点。Bordellier说:“我们可以集成过程缺陷,从而分析损伤进程和损伤容错性。“我们也开发过程模拟形成一个完整的循环,例如,热成形分析。你必须在热成形过程中获得正确的行为,才能生产出好的零件。”他解释说,为了生产出最好的零件,首先必须实现最好的仿真。“过程模拟和生产模拟之间存在一条链。”

在这一领域,一个关键的合作伙伴是法国国家航空航天应用研究办公室Onera.(Palaiseau),école南特里程碑(ECN)-GEM部门和Écoletationeeepachan的Supérieur(ENS面向)。Cetim还与伦敦帝国理工学院(Imperial College of London)就飞机热塑性窗框的损伤进展进行了合作。

Cetim还擅长于复合材料的物理测试东伊运SAS子公司为生产和认证提供快速的机械性能测试。例如,一个小型的认证测试只需要3-5天,而以前需要30天。

Cetim还开发了一种热塑性3D灯丝绕组过程,称为Spide TP与合作关系AFPT(Dörth,德国)。Bordellier表示,该方法可以在2.5-M和6-M型直径中使用碳纤维和聚醚醚酮(PEEK)生产型v压力容器。它采用侧移纤维放置头和技术,单个4千瓦激光加热系统和单压缩辊。使用热摄像机控制加热,使其在绕组头部减速或加速时管理激光功率。

“这是纤维缠绕,而不是自动纤维放置(AFP),”Bordellier说,他对这两种技术都非常了解,隔壁正在开发的空中客车(Airbus)的Flash TP系统确实使用了来自科里奥利斯(Queven、法国)。“我们已经在这个系统上工作了2-3年,”他补充说,“磁带的一致性是关键。如果厚度不同,那就是质量问题。”

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