Atualmente, existem muitos processos de fabricação de estruturas de materiais compósitos, que podem ser aplicados à produção e fabricação de diferentes estruturas.Porém, considerando a eficiência da produção industrial e os custos de produção da indústria da aviação, especialmente das aeronaves civis, é urgente melhorar o processo de cura para reduzir tempo e custos.A Prototipagem Rápida é um novo método de fabricação baseado nos princípios de formação discreta e empilhada, que é uma tecnologia de prototipagem rápida de baixo custo.As tecnologias comuns incluem moldagem por compressão, formação de líquidos e formação de material compósito termoplástico.
1. Molde pressionando tecnologia de prototipagem rápida
A tecnologia de prototipagem rápida de moldagem é um processo que coloca peças pré-impregnadas pré-colocadas no molde de moldagem e, após o molde ser fechado, as peças são compactadas e solidificadas por meio de aquecimento e pressão.A velocidade de moldagem é rápida, o tamanho do produto é preciso e a qualidade de moldagem é estável e uniforme.Combinado com a tecnologia de automação, pode alcançar a produção em massa, automação e fabricação de baixo custo de componentes estruturais compostos de fibra de carbono no campo da aviação civil.
Etapas de moldagem:
① Obtenha um molde de metal de alta resistência que corresponda às dimensões das peças necessárias para a produção e, em seguida, instale o molde em uma prensa e aqueça-o.
② Pré-forme os materiais compósitos necessários no formato do molde.A pré-formação é uma etapa crucial que ajuda a melhorar o desempenho das peças acabadas.
③ Insira as peças pré-formadas no molde aquecido.Em seguida, comprima o molde a uma pressão muito alta, normalmente variando de 800psi a 2.000psi (dependendo da espessura da peça e do tipo de material utilizado).
④ Após liberar a pressão, retire a peça do molde e remova quaisquer rebarbas.
Vantagens da moldagem:
Por diversas razões, a moldagem é uma tecnologia popular.Parte da razão pela qual é popular é porque utiliza materiais compósitos avançados.Em comparação com as peças metálicas, estes materiais são muitas vezes mais fortes, mais leves e mais resistentes à corrosão, resultando em objetos com melhores propriedades mecânicas.
Outra vantagem da moldagem é a sua capacidade de fabricar peças muito complexas.Embora esta tecnologia não consiga atingir totalmente a velocidade de produção da moldagem por injeção de plástico, ela fornece mais formas geométricas em comparação com materiais compósitos laminados típicos.Em comparação com a moldagem por injeção de plástico, também permite fibras mais longas, tornando o material mais resistente.Portanto, a moldagem pode ser vista como o meio termo entre a moldagem por injeção de plástico e a fabricação de materiais compósitos laminados.
1.1 Processo de Formação SMC
SMC é a abreviatura de materiais compósitos formadores de chapa metálica, ou seja, materiais compósitos formadores de chapa metálica.As principais matérias-primas são compostas por fios especiais SMC, resina insaturada, aditivos de baixo encolhimento, cargas e aditivos diversos.No início da década de 1960, apareceu pela primeira vez na Europa.Por volta de 1965, os Estados Unidos e o Japão desenvolveram sucessivamente esta tecnologia.No final da década de 1980, a China introduziu linhas e processos avançados de produção de SMC do exterior.O SMC tem vantagens como desempenho elétrico superior, resistência à corrosão, peso leve e projeto de engenharia simples e flexível.Suas propriedades mecânicas podem ser comparáveis a certos materiais metálicos, por isso é amplamente utilizado em indústrias como transporte, construção, eletrônica e engenharia elétrica.
1.2 Processo de Formação BMC
Em 1961, foi lançado o composto para moldagem de folhas de resina insaturada (SMC) desenvolvido pela Bayer AG na Alemanha.Na década de 1960, começou a ser promovido o Bulk Molding Compound (BMC), também conhecido como DMC (Dough Molding Compound) na Europa, que não era espessado em seus estágios iniciais (década de 1950);De acordo com a definição americana, o BMC é um BMC espessado.Depois de aceitar a tecnologia europeia, o Japão obteve avanços significativos na aplicação e desenvolvimento do BMC e, na década de 1980, a tecnologia tornou-se muito madura.Até agora, a matriz utilizada no BMC tem sido resina de poliéster insaturada.
BMC pertence a plásticos termoendurecíveis.Com base nas características do material, a temperatura do cilindro do material da máquina de moldagem por injeção não deve ser muito alta para facilitar o fluxo do material.Portanto, no processo de moldagem por injeção da BMC, o controle da temperatura do barril de material é muito importante, e um sistema de controle deve estar instalado para garantir a adequação da temperatura, a fim de atingir a temperatura ideal desde a seção de alimentação até o bocal.
1.3 Moldagem de policiclopentadieno (PDCPD)
A moldagem de policiclopentadieno (PDCPD) é principalmente uma matriz pura em vez de plástico reforçado.O princípio do processo de moldagem PDCPD, que surgiu em 1984, pertence à mesma categoria da moldagem de poliuretano (PU) e foi desenvolvido pela primeira vez pelos Estados Unidos e pelo Japão.
Telene, uma subsidiária da empresa japonesa Zeon Corporation (localizada em Bondues, França), obteve grande sucesso na pesquisa e desenvolvimento de PDCPD e nas suas operações comerciais.
O próprio processo de moldagem RIM é mais fácil de automatizar e tem custos de mão de obra mais baixos em comparação com processos como pulverização FRP, RTM ou SMC.O custo do molde utilizado pelo PDCPD RIM é muito inferior ao do SMC.Por exemplo, o molde do capô do motor Kenworth W900L usa carcaça de níquel e núcleo de alumínio fundido, com resina de baixa densidade com gravidade específica de apenas 1,03, o que não só reduz custos, mas também reduz peso.
1.4 Formação on-line direta de materiais compósitos termoplásticos reforçados com fibra (LFT-D)
Por volta de 1990, o LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) foi introduzido no mercado na Europa e na América.A CPI Company nos Estados Unidos é a primeira empresa do mundo a desenvolver equipamentos de moldagem termoplástica reforçada com fibra longa composta direta em linha e tecnologia correspondente (LFT-D, Direct In Line Mixing).Entrou em operação comercial em 1991 e é líder global nesta área.A Diffenbarcher, uma empresa alemã, pesquisa a tecnologia LFT-D desde 1989. Atualmente, existem principalmente LFT D, Tailored LFT (que pode obter reforço local com base na tensão estrutural) e Advanced Surface LFT-D (superfície visível, superfície alta qualidade).Do ponto de vista da linha de produção, o nível da prensa Diffenbarcher é muito alto.O sistema de extrusão D-LFT da empresa alemã Cooperation está em uma posição de liderança internacional.
1.5 Tecnologia de Fabricação de Fundição Sem Molde (PCM)
PCM (Pattern less Casting Manufacturing) é desenvolvido pelo Laser Rapid Prototyping Center da Universidade de Tsinghua.A tecnologia de prototipagem rápida deve ser aplicada aos processos tradicionais de fundição em areia de resina.Primeiramente, obtenha o modelo CAD de fundição do modelo CAD da peça.O arquivo STL do modelo CAD de fundição é colocado em camadas para obter informações de perfil transversal, que são então usadas para gerar informações de controle.Durante o processo de moldagem, o primeiro bocal pulveriza com precisão o adesivo em cada camada de areia por controle computadorizado, enquanto o segundo bocal pulveriza o catalisador ao longo do mesmo caminho.Os dois sofrem uma reação de ligação, solidificando a areia camada por camada e formando uma pilha.A areia na área onde o adesivo e o catalisador trabalham juntos é solidificada em conjunto, enquanto a areia nas outras áreas permanece num estado granular.Após a cura de uma camada, a próxima camada é ligada e, após todas as camadas serem ligadas, uma entidade espacial é obtida.A areia original ainda é areia seca nas áreas onde o adesivo não é pulverizado, facilitando a remoção.Ao limpar a areia seca não curada do meio, pode-se obter um molde de fundição com uma determinada espessura de parede.Após aplicar ou impregnar tinta na superfície interna do molde de areia, ele pode ser utilizado para vazar metal.
O ponto de temperatura de cura do processo PCM é geralmente em torno de 170 ℃.A colocação a frio e a decapagem a frio reais usadas no processo PCM são diferentes da moldagem.A colocação a frio e a decapagem a frio envolvem a colocação gradual do pré-impregnado no molde de acordo com os requisitos da estrutura do produto quando o molde está na extremidade fria e, em seguida, fechar o molde com a prensa formadora após a conclusão da colocação para fornecer uma certa pressão.Neste momento, o molde é aquecido usando uma máquina de temperatura de molde. O processo usual é aumentar a temperatura da temperatura ambiente para 170 ℃, e a taxa de aquecimento precisa ser ajustada de acordo com os diferentes produtos.A maioria deles é feita deste plástico.Quando a temperatura do molde atinge a temperatura definida, são realizados isolamento e preservação da pressão para curar o produto em alta temperatura.Após a conclusão da cura, também é necessário usar uma máquina de temperatura do molde para resfriar a temperatura do molde até a temperatura normal, e a taxa de aquecimento também é definida em 3-5 ℃/min. Em seguida, prossiga com a abertura do molde e a extração da peça.
2. Tecnologia de formação de líquidos
A tecnologia de formação de líquidos (LCM) refere-se a uma série de tecnologias de formação de materiais compósitos que primeiro colocam pré-formas de fibra seca em uma cavidade de molde fechada e, em seguida, injetam resina líquida na cavidade do molde após o fechamento do molde.Sob pressão, a resina flui e embebe as fibras.Comparado ao processo de formação de latas por prensagem a quente, o LCM tem muitas vantagens, como ser adequado para a fabricação de peças com alta precisão dimensional e aparência complexa;Baixo custo de fabricação e operação simples.
Principalmente o processo RTM de alta pressão desenvolvido nos últimos anos, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), abreviado como processo de moldagem HP-RTM.Refere-se ao processo de moldagem que utiliza pressão de alta pressão para misturar e injetar resina em um molde selado a vácuo pré-colocado com materiais reforçados com fibra e componentes pré-incorporados e, em seguida, obter produtos de material compósito por meio de enchimento de fluxo de resina, impregnação, cura e desmoldagem. .Ao reduzir o tempo de injeção, espera-se controlar o tempo de fabricação de componentes estruturais de aviação em dezenas de minutos, alcançando alto teor de fibra e fabricação de peças de alto desempenho.
O processo de conformação HP-RTM é um dos processos de conformação de materiais compósitos amplamente utilizados em diversas indústrias.Suas vantagens residem na possibilidade de alcançar baixo custo, ciclo curto, produção em massa e produção de alta qualidade (com boa qualidade superficial) em comparação com os processos RTM tradicionais.É amplamente utilizado em diversas indústrias, como fabricação automotiva, construção naval, fabricação de aeronaves, máquinas agrícolas, transporte ferroviário, geração de energia eólica, artigos esportivos, etc.
3. Tecnologia de formação de material compósito termoplástico
Nos últimos anos, os materiais compósitos termoplásticos tornaram-se um ponto importante de pesquisa no campo da fabricação de materiais compósitos, tanto nacional quanto internacionalmente, devido às suas vantagens de alta resistência ao impacto, alta tenacidade, alta tolerância a danos e boa resistência ao calor.A soldagem com materiais compósitos termoplásticos pode reduzir significativamente o número de conexões de rebites e parafusos em estruturas de aeronaves, melhorando significativamente a eficiência da produção e reduzindo os custos de produção.De acordo com a Airframe Collins Aerospace, um fornecedor de primeira classe de estruturas de aeronaves, estruturas termoplásticas soldáveis formadas por latas não prensadas a quente têm o potencial de encurtar o ciclo de fabricação em 80% em comparação com componentes metálicos e compósitos termoendurecíveis.
O uso da quantidade mais adequada de materiais, a seleção do processo mais econômico, o uso de produtos nas peças apropriadas, o alcance de metas de design predeterminadas e o alcance da relação custo-desempenho ideal dos produtos sempre foram a direção de esforços para profissionais de materiais compósitos.Acredito que mais processos de moldagem serão desenvolvidos no futuro para atender às necessidades de design de produção.
Horário da postagem: 21 de novembro de 2023
