Wytwarzanie zakrzywionych kompozytów metodą PUL-AERO
Kompozytowe materiały polimerowe wzmocnione włóknami węglowymi stanowią obecnie istotny element konstrukcji statków powietrznych, zatem możliwość wytwarzania lżejszych, tańszych i lepszych jakościowo materiałów kompozytowych będzie bardzo korzystna dla branży lotniczej. Członkowie finansowanego ze środków UE konsorcjum PUL-AERO (High quality curved aerospace composites using pultrusion manufacturing) pracowali nad osiągnięciem tego celu przy wykorzystaniu nowego i zaawansowanego procesu kształtowania na potrzeby wytwarzania różnych rodzajów zakrzywionych materiałów kompozytowych wymaganych w przemyśle lotniczym. Kształtowanie ciągłe to proces ciągłego formowania, w którym włókna wzmacniające są nasycane ciekłą żywicą polimerową, a następnie ostrożnie kształtowane i przeciągane przez nagrzane ciągadło w celu uformowania części. "Zwyczajowo kształtowanie ciągłe jest uważane za rodzaj "czarnej magii", ale w ciągu ostatnich 10 lat wnieśliśmy o wiele więcej nauki do tego procesu produkcyjnego", mówi koordynator projektu PUL-AERO, John Hartley z firmy Exel Composites w Zjednoczonym Królestwie. "Zespół projektu PUL-AERO opracował dodatkową technologię, aby spełnić surowe wymogi w zakresie jakości obowiązujące w przemyśle lotniczym oraz aby wytwarzać nie tylko proste części, ale także zakrzywione profile". Zespół projektu PUL-AERO, w którego skład wchodzą partnerzy z branży przemysłowej w Zjednoczonym Królestwie, Grecji, Izraelu i Francji, a także z Uniwersytetu w Cranfield w Zjednoczonym Królestwie, opracował zaawansowaną linię produkcyjną do kształtowania ciągłego. Wytwarzanie zakrzywionych części przy wykorzystaniu procesów kształtowania ciągłego może być trudne, zwłaszcza przy wykorzystaniu żywic epoksydowych do zastosowań w przemyśle lotniczym, które wymagają precyzyjnej kontroli temperatury i powolnego utwardzania. Zespół projektu pracował nad modelowaniem procesu i stworzył komercyjną platformę symulacyjną. Jednym z istotnych aspektów było modelowanie zniekształceń występujących w procesie kształtowania ciągłego, co jest bardzo istotne w procesie projektowania zakrzywionych części. Nowa linia do kształtowania ciągłego jest również wyposażona w nowe urządzenia do wtryskiwania żywicy, które pracują z niską prędkością i obejmują układy czujników monitorujących przepływ i ciśnienie żywicy. Jednym z głównych usprawnień jest wbudowany na linii układ do kontroli jakości w czasie rzeczywistym przeprowadzający badania nieniszczące (NDT) uformowanych kompozytów. "W przeszłości wszystkie wytworzone profile były poddawane badaniom nieniszczącym przez klienta, co było czasochłonne i kosztowne. Naszym założeniem było umożliwienie przeprowadzania badań nieniszczących na linii, w trakcie wytwarzania profilu. Nasze rozwiązanie przyniesie korzyści wszystkim zainteresowanym stronom", wyjaśnia Hartley. Przeprowadzanie badań w ten sposób pozwala na natychmiastowe skorygowanie i rozwiązanie problemu. "Nie musimy wysyłać profilu do ośrodka testowego na drugim końcu świata, tylko po to, aby się dowiedzieć, że jest wadliwy", mówi Hartley. "Możliwość natychmiastowego wykrycia problemu w procesie produkcji pozwala na zmniejszenie kosztów". Proces został przetestowany i zweryfikowany przez partnerów projektu, zarówno producentów, jak i użytkowników końcowych. Wykorzystywane obecnie metody wytwarzania ograniczają możliwość stosowania zakrzywionych materiałów polimerowych wzmocnionych włóknami węglowymi ze względu na brak automatyzacji, bardzo wysokie koszty kapitałowe sprzętu oraz konieczność zatrudniania wysoce wykwalifikowanych pracowników. Proponowany nowy proces produkcji umożliwi utrzymanie efektywności kosztowej i pozwoli na spełnienie wymogów w zakresie jakości obowiązujących w przemyśle lotniczym. Obecnie wiodące przedsiębiorstwo wytwarzające kompozyty, Exel Composites, buduje nowy zakład produkcyjny ukierunkowany na branżę lotniczą, który będzie wyposażony w nową maszynę do kształtowania ciągłego oraz w urządzenia i technologie opracowane w ramach projektu PUL-AERO. Pełnoskalowa produkcja rozpocznie się w połowie 2017 r.
Słowa kluczowe
PUL-AERO, kompozyty polimerowe wzmocnione włóknami węglowymi, kompozyty lotnicze, kształtowanie ciągłe, formowanie, zakrzywione kompozyty, zautomatyzowane badania nieniszczące
