Компоненти засновани на лента UD за кратко време на циклус
Процесна технологија за консолидација на
термопластични влакна со високи перформанси-
поврзани (ленти УД) врз основа на
на Фраунхофер ИКТ разви страх-
Консолидација на вакуум предизвикана од бели дробови (Извор на слика: Фраунхофер ИКТ)
Врз основа на консолидација на вакуум предизвикана од зрачење, Фраунхофер ИКТ го разви индустрискиот систем Fibercon заедно со производителот на системот Dieffenbacher, кој ја надополнува технологијата за поставување ленти на Fiberforge со консолидација на полупроизводи. Досега, овој чекор на производство традиционално се спроведуваше во енергетски-интензивни и трошоци-интензивни, процеси на континуирано или дисконтинуирано притискање, на пример, со двојно притискање на ремен или временско притискање на интервал. Научниците од Фраунхофер ИКТ веќе идентификуваа во 2012 година дека овој процес претставува тесно грло во синџирот на процеси за термопластични ленти. Во комплетно нов пристап за развој, беше создадено решение со консолидација на вакуум предизвикано од зрачење.
Процесен ланец за поставување термопластична лента
Термичка деградација означена со
Слабеење еден
Ткаенина од полиамид 6 лента кога се загрева до различни процесни температури во инертна атмосфера и во воздух. (Извор на слика: Фраунхофер ИКТ)
Една од главните истражувачки области на институтот е развој на процеси за економична лесна конструкција. Во прилог на оптимизацијата на утврдените процеси, се доведуваат во прашање и целосните синџири на процеси и, врз основа на моменталната состојба на истражување, се размислуваат повторно. Процесниот ланец на поставување на термопластична лента е поделен, почнувајќи од лентите UD, во три индивидуални чекори на процесот: поставување лента, консолидација и процес на завршна компонента, како што се формирање и функционализација на консолидираната ткаенина во хибридно обликување. Комплетниот ланец на процеси, кој е погоден и за стандардна и за висока температура термопластика, е достапен во Институтот Фраунхофер во Пфинцалт.
Времето и квалитетот на циклусот се одлучувачки
Табела 1: Предности при обработка на UD ленти во споредба со органски листови (Извор на слика: Fraunhofer ICT)
За првиот чекор, поставувањето лента, во основа постојат различни технолошки процеси на пазарот. Во контекст на производство од големи размери, времето на циклусот е клучно, покрај точноста на поставувањето. Со технологијата за поставување на термопластична лента Fiberforge, Frauhofer ICT има најбрз систем за поставување ленти во светот. Гел ламинати направени по мерка (скроени празни места) што можат да се произведат со помош на оваа технологија, нудат различни предности во споредба со ткаените полу-готови производи што се користат во моментов. Додека ориентацијата на влакната за време на ткаењето е фиксирана на 0 ° и 90 ° со насоките на искривување и ткаење, лентите UD можат да бидат усогласени со патеката на оптоварување според главните патеки на оптоварување во која било ориентација со влакна со користење на методот на поставување лента. Понатаму, поставувањето на лентите во слоеви не доведува до бранови на влакна, што значи дека може да се искористи целосниот механички потенцијал на влакната во полупроизводот. Со поставување на индивидуални ленти со лента UD, исто така е можно да се создаде полу-готов производ во нето-форма, со што се минимизира отпадот на материјалот и, како резултат, трошоците на компонентата.
Консолидација на вакуум предизвикана од зрачење
Шематски процес-
постапка за зрачење-
индуцирана консолидација на вакуум. (Извор на слика: Фраунхофер ИКТ)
Во согласност со овие цели, развиениот процес користи негативен притисок за да создаде притисок и инфрацрвено зрачење за греење. Ова значи дека материјалот може да се загрее и да се притисне нежно, директно и брзо во заштитена атмосфера. Општиот проток на процес се одвива во пет чекори. Прво, скроеното празно место се става помеѓу двете половини на алатот што се транспарентни за IR зрачењето. Вакуумот потоа се гради и се одржува во текот на целиот процес до отстранување на компонентата. Воздухот заробен помеѓу одделните слоеви е веќе евакуиран и не може да остане како заклучување на воздухот во консолидираната ткаенина. Кога материјалот се менува во стопена состојба, воздухот заробен за време на производството на лента исто така може да избега, што значи дека содржината на порите може дополнително да се намали.
Откако ќе се достигне целната температура, материјалот се лади и може да се отстрани консолидираното скроено празно. Тука е можно рано да се прекине процесот на ладење за да се искористи преостанатата топлина во материјалот за загревање во хибридното обликување низводно. Благодарение на специјалниот премаз на половините на мувла, исто така е можно да се консолидираат повеќето термопластики без средства за ослободување. Покрај краткото време на циклус, ова е сè повеќе централно барање за автоматска понатамошна обработка при спојување и функционализација при хибридно обликување.
Пример за слаба дистрибуција на влакна во комерцијална лента UD (лево) и слаб квалитет на импрегнација на индивидуални ленти во консолидирана ткаенина (десно) (извор на слика: Fraunhofer ICT)
Предностите на развиениот процес лежат и во малата инвестиција, намаленото поместување на влакната поради ниските притисоци во процесот и консолидацијата со исклучување на кислородот. Специфично за оваа намена, беа спроведени истраги во институтот за термичка деградација на полиамидните 6 ленти на слоевите во зависност од температурата на процесот. Другите процеси понекогаш бараат повисоки температури на процесите, на пример, за да се компензира трансферот и придружното ладење. Бидејќи загубата на топлина во консолидацијата на вакуум предизвикана од зрачење е минимална како резултат на топлинската изолација, температурата на процесот е само малку над температурата на топење.
Заедно со Дифенбахер, беше можно да се претвори развиениот процес во процес погоден за производство од големи размери. Системската технологија го елиминира тесното грло во синџирот на процеси од лента до последната композитна компонента на термопластични влакна. Синџирот на процеси сега е достапен за заедничка употреба во истражувачки и развојни проекти. Покрај системската технологија погодна за производство од големи размери, Фраунхофер ИКТ, во соработка со други партнери, нуди и специфична поддршка за процесот за дизајн на компоненти и симулативен дизајн.
За авторот
Тобијас Линк
е асистент за истражување во областа на производот за термопластична обработка на Институтот за хемиска технологија Фраунхофер, Пфинцалл, од 2015 година.