激光模板制备复合材料
|9分钟阅读

伪造的复合材料取代了复杂的金属部件

厂房制造商采用高压压缩成型工艺,形成具有锻造金属特性的预浸CFRP组件。
#高压灭菌器#airbus.# a380

兄弟吉尔斯和文森·杜基因斯致力于通过开创CFRP单胶片车身/底盘代替式3(F3)敞开的raceCars中的先前管状框架设计来成为Composites Mavericks。虽然他们在20世纪80年代分开了方式,但两者都继续作为复合材料的创新者制造,最终将共同放在一起不同的企业。Vincent成立了Carbone(法国Lentilly),专注于净形复合物和空心零件的高压成型,包括专有的“可熔核心”冲洗芯轴技术(参见下面的“锻造变化”侧栏)。与此同时,吉尔斯建造了法国基于法国的杜基小组,这已成为复合材料制造厂家。

2010年,Duqueine的年营业额为4500万欧元(5890万美元),员工超过600人,其中工程师多达80人,拥有2800亿员工2(300000英尺2)生产和研发设施遍布全球五个地点:DuqueineRhône-Alpes(Massieux和Reieux,法国总部),Duqueine Atlantique(法国),Duqueine Romania(Timisoara,罗马尼亚),并计划开放,今年,Duqueine Mexico(墨西哥Quérétaro)。

在各种复合材料工艺中,包括手工铺层、半自动铺层、树脂传递成型(RTM)和注射成型,Duqueine已经从达索航空(法国巴黎)、EADS Sogerma(法国罗雪福尔)和赛峰集团(法国巴黎)的三级供应商发展为一级供应商。最近赢得了架空客A350 XWB三大工作包,包括机身框架,窗框和发动机进气板,据说领导世界碳纤维增强塑料(CFRP)自行车车轮,每年生产40000对零部件制造商和环法的另一半Mavic(法国安纳西)。Duqueine也是飞机内部组件和管道的老牌供应商;工业结构,如泰利斯阿莱尼亚空间(戛纳,法国)的大型射电望远镜天线;以及头颈支撑(HANS)设备。

汉斯装置现在是包括纳斯卡(NASCAR)、CART和一级方程式(Formula 1)在内的大多数赛车运动的必备装备,赛车手戴它是为了减少撞车时头部和颈部受伤的风险,比如颅底骨折。它的特点是一个u形的颈部支撑,位于头骨的后部和底部,两条手臂弯曲在肩膀上,平躺在胸部的胸肌上,所有这些都形成一个整体。HANS结构,主要由CFRP制成,是一个例子,越来越多的不同形状的零件,Duqueine正在使用它的同类Carbone Forgé的高压成型工艺。这种被称为MFP工艺的专利方法从“预浸料束”中“锻造”净形状的零件,已经开发了十多年,用于复制以前由金属锻造的增强塑料零件。

汉斯结构有所要求。单位体积相当高,每年10,000至16,000。这与其递归形状,可扩展段和高性能要求,使其成为MFP制造的理想部分。根据JérômeAubry,VP / Business Development Manager for Duqueine,“我们拥有一系列由经典预浸料采用特殊充气心轴技术制成的汉斯零件,然后还使用MFP制作的另一个范围。”他补充一下,“MFP使我们能够在保持严格的物业规范的同时实现高系列和低成本的生产。”



锻造复合材料

基本技术涉及由随机束的切碎热固性或热塑性预浸料坯制成的压缩冲压坯。“MFP的主要优势是,劳动力几乎没有,”Aubry解释。“将材料放入模具中,关闭模具并产生成品部分。”这是MFP在不牺牲机械性能的情况下将复合部件的价格降低30%的能力,这是一个因素。也没有浪费原料,这是显着的,因为CFRP原料是昂贵的。
奥布里说:“我们将100%的材料放入模具中。”“使用正常的预浸料制造方法,可以达到20%的原材料由于切割而造成的浪费。”因为MFP基本上是压缩成型,它天生具有制造网状形状的能力,无需进一步修剪,这也大大降低了劳动力和成本。“有了MFP,我们可以制造传统预浸料无法制造的复杂形状,”奥布里说。“此外,在模具内部,你可以完成一个给定零件的所有表面。”

然而,权衡是预先投资所需的准确设计和制造模具。奥布里说:“这个过程的关键是了解每种类型的树脂和纤维原料的流动,并指定温度、压力和速度来优化这一过程。”他补充道:“当我们进行流动操作时,我们必须注意确保树脂与纤维的适当比例。这是我们最初设计工作的一个关键参数,部分取决于零件的形状,部分取决于原材料的类型及其流动特性。”奥布里补充说,即使零件形状复杂,MFP也能持续产生非常好的树脂-纤维分布。他还表示,该工艺也能处理厚度的变化,而无需从零件中挤出任何树脂。

使用多种原材料,Duqueine公司使用MFP生产了各种各样的零件,如自行车曲柄、空客A340的块门岛、泰利斯天线的钟形底座以及医疗和铁路应用的零件。公司不仅开发了传统热固性树脂的MFP设计和加工技术,还开发了热塑性塑料,包括聚酰胺(PA12)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚醚醚酮(PEEK)。

这种良好的种类是可能的,因为用于MFP的预浸料坯首先将其切成束,大小从大约50毫米(2英寸×0.3英寸)到8毫米(1英寸×0.3英寸)的大小为大约25毫米(2英寸)对于非常小的部分。捆绑是模具中允许变形和材料流动的允许。“原料必须遵循模具中的部分的形状,”Aubry解释说。“这使得该部分与伪造的金属部件与切割预浸料坯相似,以形成一部分,这导致较弱的结构。”他继续,“我们可以实现的整体机械性能因此改善了复杂几何形状的部件。”



生产HANS设备

在HANS零件及其模具设计后,采用DassaultSystèmes(法国巴黎)提供的CATIA V5 R18,该过程针对树脂和纤维组合进行了优化。然后杜基准备零件预制件。Aubry说,“我们买Prepreg并将其切割以制作预混物和预制件,或者我们可以购买六角形。”后者是由e食品(Stamford,Conn。和Lyon,法国)制成的高性能片材成型化合物,从50毫米/ 2英寸长的碳纤维中的250°F / 120°C-Cure环氧树脂。exexcel具有工业应用的一级,另一个用于航空航天。Duqueine熟悉两者,在各种应用上使用exexcel,超过10年。对于非六六角材料,两个切割机,可调节到束的尺寸,切割热固性或热塑性预浸料坯。“我们确实削减了六六角,但仅生产预制件[形状],”Aubry笔记。“没有必要将其切入捆绑包中,因为已经完成了。”

根据部件形状,将切割的预浸料束手动铺设到预制件中或使用半自动过程形成。然后将部件预制件放入模具中,并施加温度和压力以实现固化。温度通常与用于航空级CFRP预浸料坯的温度相同,大约120℃至180℃(250°F至350°F)。然而,施加的压力远远多于高压釜中的压力,这有助于在没有孔隙率的情况下产生部件。“虽然压力取决于几何形状,但我们通常用100巴的压力在材料上有100级压力,”Aubry说。零件通常在15分钟内(适用于工业应用),具体取决于它们的厚度,不需要进一步修剪。所用压力机的类型取决于部分的几何形状,范围为30至300吨,这允许杜鱼产生高达0.5米的部件2/ 5.4英尺2



未来发展方向

MFP是Duqueine最新目标的制造武器:用接近锻造金属的高物理性能和精度,但压缩成型的单位成本较低的复合材料取代复杂的金属结构。
MFP十字准线的应用是航空航天零件,包括飞机座椅固定或附接导轨 - 目前是机加工的铝制和其他铝或钛座位,如手柄,肘部休息和托架。他们的复杂几何形状使它们难以在预浸料中制作,但它们的体积很高。匹配金属模具的投资通过较大的体积是合理的。所用材料通常是钢(例如,40cmd8,硬化法国合金工具钢),以确保足够的抗高压压力。

根据Aubry,“MFP也减少了零件的重量,因为我们产生相同的机械性能,保持与原始铝相同的形状。”MFP部分保持相同的体积,但在较低的密度下 - 铝的密度为2.6至2.7g / cm3.(0.09 ~ 0.1磅/英寸3.)使用MFP的CFRP密度为1.6g / cm3.(0.06磅/英寸3.)。大规模缩减是使用MFP过程背后的原则驱动因素之一。据报道,MFP也非常适合于夹子的零件,并且可以使形状具有切换部分(例如,将“进化”进入弯曲的或锥形部分)的形状,这在高压灭菌的预浸料中不易再现。

但是,该过程不适合CFRP机身框架。“我们是A350的制造机身框架,”Aubry“和[标准]预浸料普雷克很好地适应了这些,因为部分的长度长。”然而,夹子可能会造成问题;每平面可能有6,000个,但也可能有5,000个零件参考编号。换句话说,没有在大容量下产生的单个夹子,而是大量的独特部分。MFP模具的成本难以为每种类型的夹子进行合理。

Duqueine已经开发了飞机座位部门的专业知识。迄今为止,使用更传统的流程​​,并产生大约700个复合座椅壳。该公司还正在处理其他程序,eads sogerma为空中客车A380。Duqueine对座位供应链的紧密产品规格和时间表非常舒适,将一个座位部分提供给全尺寸生产 - 在八个月内。公司表示,MFP将使该公司在座椅部件生产中提供增加的能力,并将多么帮助DuqueIne符合座椅成本目标。

目前,法国里昂是MFP技术的中心,但Duqueine希望开发项目,使公司能够将MFP能力扩展到最新的3000米2(32,300英尺2)墨西哥的生产设施,计划今年上线。Gilles Duqueine解释说,墨西哥MFP运营将帮助公司避免对任何一个市场或单一客户的依赖过于繁忙,并补充说墨西哥运营将专门致力于美洲市场,并能够设计和制作复合材料零件和子组件。

相关内容

  • 碳纤维市场:聚集势头

    所有迹象都表明,许多市场部门的需求都在增加。产能会跟上吗?

  • 波音787更新

    即将推出和首飞的787依靠复合材料和工艺的创新来实现目标

  • 彩色碳纤维

    添加颜色的选项已经存在了几十年,但新产品希望提高赌注并打开新的市场。