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碳纤维将使空中滑行evtol成为可能

飞机和汽车确实面临CFRP生产困境,但新技术为两者打开了门。
# a350#粘合剂#宝马

本博客是回万博欧洲杯买球官网应一个2019年1月文章《连线》杂志杂志该公司称,碳纤维复合材料的生产阻碍了面向城市机动和空中出租车市场的电动汽车(EV)/垂直起降(VTOL)飞机的发展。我将对此进行辩论,但也会提供一些潜在的颠覆性新技术,所以请从头读到尾。

尽管我为作者报道了这个快速崛起的行业,并指出了在设计时考虑到可制造性的必要性而鼓掌,但他有时也会产生误导,很可能是因为他对复合材料行业没有很好的了解。例如:

“今天,地球上没有一家公司每年生产超过700架飞机,这是一个复杂的因素,市场规模也相对较小。”

而这在技术上是真的,空中客车升到60 A320飞机/月2019年中期波音公司的B737也将在2019年达到每月57架。对于A320来说,这意味着要生产三架6.3-m高碳纤维增强塑料(CFRP)垂直尾部平面组件每天还有三个12.45米跨度CFRP水平尾翼组件每天

CTC Stade用于CFRP A320垂直尾部平面的自动装配过程
CTC Stade拉挤RTM自动化工艺的CFRP A320机翼弦
FLEXMONT自动化装配,用于A320飞机CFRP垂直尾翼(顶部)和拉挤RTM(14厘米/分钟),用于A350飞机机翼皮纵梁(底部)。资料来源:夫琅和费和CTC体育场。

此外,空客还在为下一代A320(即A320 Neo Plus)提供一项又一项技术——许多技术使用了复合材料,目标都是每月生产60-70架飞机。这些复合材料技术包括树脂转移模塑(RTM)、片状模塑复合材料的压缩模塑(SMC)和热塑性复合材料(TPCs),其循环时间可轻松达到每年700架以上飞机。一些正在开发的最新技术将碳纤维增强塑料的制造周期从4小时缩短到15分钟甚至更少。大多数的新技术空客已经通过了高度自动化,正如新的装配方法

汽车工业也为实现比evtl所要求的更高的量产铺平了道路。《连线》杂志将预计的23,000辆车的预计需求到2035年)。宝马正在增加其生产i3i8两款车型均采用全cfrp乘客单元每天130至200个单位奥迪供应商福伊特复合材料正在生产CFRP后壁为A8rate150 - 300辆/天。注意宝马i3i8模块与下面的空中客车直升机EC 135非常相似 - 两种制造商然后将其固定在该框架上的外部和内部部件上。

BMW I3和空中客车直升机EC 135的CFRP车身框架

宝马i3和i8的车身框架与空客直升机EC135非常相似。
来源:
前沿集群的里程碑-回顾和未来展望,MAI碳,pp 36-7(顶部),宝马和空客直升机(底部)。

与此同时,奥迪A8后墙是用5分钟周期使用RTM和自动放置干燥的碳纤维带,定制长度和纤维取向,以满足特定的负载,和不同的基地6层(1.5毫米厚)到19层(3.7毫米厚)当地钢筋被添加到满足高加载点。与3到5个焊接铝制部件组装相比,该部件在50%的重量下提供了驱动单元33%的扭转刚度。

奥迪A8后壁采用福伊特复合材料制造

2019款奥迪A8的后墙采用碳纤维胶带,5分钟即可完成。来源:奥迪和福伊特复合材料公司。

热塑性塑料

但这些例子甚至没有开发热塑性技术,热塑性技术是波音新中型飞机(NMA)的首选,该飞机定于2019年第二季度之前宣布。自上世纪90年代以来,热塑性部件一直在飞机上使用,而开发工作仍在继续,空客和欧洲一级供应商的原型设计越来越大的机翼和机身部分(带有集成加强筋),今年缩放到全尺寸的机身示威者。需要注意的是,热塑性复合材料也可以进行焊接,从而进一步消除了紧固件和组装。

自动动力学Trelleborg热塑性复合材料尾梁

自动化动力公司(Automated Dynamics)现在是Trelleborg集团的一部分,该公司于2012年生产了这种全尺寸、整体加劲CF/PEEK直升机尾桁,在自动纤维放置过程中采用了原地固结技术,消除了长时间的高压釜循环以及紧固件和粘合剂。
资料来源:自动动态,Trelleborg

TPC材料和加工的供应链在过去三年中迅速结合,所有主要的碳纤维供应商都在生产热塑性胶带对于航空航天和汽车应用,多家公司展示了低循环时间超模糊零件。热塑性塑料焊接多家公司也证明了。

摘录”以复合材料,航空航天到汽车的推动器包覆成型,采访了复合材料制造商CCP Gransden的Scott King:

对于过度成型是非常昂贵的,模具成本也很高的看法是什么?金说:“有些人认为零件成本会高达数千美元,但我们不是这么看的。它可以是划算的,特别是如果你看整个生命周期因为它删除装配阶段。您不再需要多种不同的材料和插入,而是只提供一个集成的部分到生产线。我们也希望进一步降低过度成型的成本。例如,许多人认为加工成本将在8.5万至10万英镑(12万至14万美元)或更多,但我们已经做到了利用工具费用只为10,000-15,000英镑(14000 - 21000美元)生产复杂的包覆成型的组件。“......“我们可以每24小时转变为1,000-1,500次,”他说,注意到CF / PPS演示部分在60秒内被压/塑造/模塑。“

CCP Gransden复模热塑性复合材料

CCP Gransden改进了其一步热成型和热塑性复合材料过度成型技术,利用广泛的聚合物和纤维,生产周期通常小于2分钟的轻质复杂组件。来源:中国共产党Gransden

最新的科技

但自2014年以来,这项技术一直在进步,包括以下几个有趣的发展:

热塑性包覆型热固性夹

OPTO-Light项目Azl亚琛将过呈热塑性复合物(TPC)肋和夹子证明到碳纤维上/环氧树脂复合部分。

AZL亚琛光电项目展示热塑性复模热固性复合材料
资料来源:AZL亚琛

过度成型+ UD负重拉筋

Mai Skelett Project在两步,75秒的过程中展示了过高的TPC Pultringions,以生产超过所有BMW的结构屋顶构件/挡风玻璃框架i3零件要求在集成附件和剪辑的同时,以及改变从脆性到韧性故障模式的碰撞行为,以增加BIW剩余强度。

项目合作伙伴西格里碳素集团目前,公司通过其轻量化应用中心(LAC, Meitingen, Germany)提供适合PP或PA6系列单基体溶液的碳纤维浆料,包括拉挤、有机板和过模复合材料,以及零部件开发的设计和工艺专业知识。

Mai Skelett Project热塑性复合材料包覆成型CFRTP浆状

MAI Skelett项目展示了宝马i3车顶结构的重新设计,使用热塑性CFRTP拉挤材料作为承重骨架,CFRTP过度成型将其连接成一个结构,同时集成了夹子和固定功能。来源:梅碳。

下一代紧固

宝马- OPTO-Light和MAI Skelett项目的合作伙伴-已经开发了一种具有专利的高精度紧固系统,该系统包括一个球和夹子,类似于乐高积木的连接方式。夹子接收球,并可能被覆盖到车身结构上,正如我们在多个例子中看到的那样。球可以焊接、注塑或3D打印到车身或内部面板上,使其能够“啪嗒”到结构框架上,也可以移除。该专利解释称,该球和夹子的设计可以使面板纵向滑动,以及/或使移除的拉力比附着的推拉力大1.5到4.5倍。

这种紧固系统已经在铝和钢混合材料中展开目前宝马的车身结构7系列并且现在也用于宝马5系列和宝马6系列gt赛车编辑亚历山大·斯塔克在他的文章中写道,智能连接和测量是宝马轻量化材料组合的基础“。

宝马夹和球紧固图纸专利DE 10 2013 214 269 B3
BMW球夹紧固系统MINI your Customised 2019计划

宝马的新专利,高精度紧固系统使用注塑或注塑夹(底部)和3D打印球(顶部),没有紧固件,钻孔或粘合剂。底部的图片显示了该系统如何使定制的3D打印内饰“抓拍”作为2019 MINI你的定制程序的一部分。

资料来源:专利DE 10 2013 214 269 B3(顶部)
https://www.youtube.com/watch?v=1pyxnkw-nf8.(底部)

回到《连线》杂志文章及其不知情的索赔:

“碳纤维的重量和强度令人惊叹,但制造起来很痛苦。这一耗时的过程包括将树脂浸泡过的碳纤维片放在模具中,在烤箱中烘烤数小时后对其进行修剪,以及将组件粘合在一起。”


确实,这种碳纤维增强塑料的生产方法已经使用了很多年,但飞机和汽车制造商已经转向更自动化的、近乎零浪费的材料和流程,以及在消除紧固件方面已被证明具有优势的热塑性塑料,这也是事实。启用可回收/可回收内容和可修复性。

最后《连线》杂志作者违反了他的整个论点,因为Evtol先锋图标计划不仅通过其CFRP机身向前迈进,而且还为较大的飞机制造零件。碳纤维显然不会达到地面evtols,而是已经在公司推动聪明工程的主要部分是在空中和道路上推动聪明的工程。使用最新的技术是有道理的,因为所有这些新车都必须认证。

一个关键点betattechnologies首席执行官凯尔·克拉克在一篇文章中写道:

“如果我们不理解‘可能性的艺术’,就把一个设计扔到墙外,那么我们就会错过让整个设计尽可能简单和优雅的机会……”

Blue Force Technologies首席执行官斯科特·布莱索(Scott Bledsoe)也强调了空气动力学、推进、造型和结构的重要性和制造业队伍,每个都有一个平等座位在设计和开发的每个步骤中。

但也许最重要的事情是了解复合材料制造的最新进展,并与许多材料、设备和技术供应商联系,以便分享他们的专业知识,并帮助开发未来的应用。联系我们compositesworld.因为这就是我们所做的——提供技术、可靠的联系和信息。

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