Componente pe bază de bandă UD într-un timp scurt de ciclu
Tehnologie de proces pentru consolidarea
fibră termoplastică de înaltă performanță-
conectat (casete UD) pe baza
la Fraunhofer ICT dezvoltat strah-
Consolidarea vidului indusă de plămâni (Sursa imaginii: Fraunhofer ICT)
Pe baza consolidării vidului induse de radiații, Fraunhofer ICT a dezvoltat sistemul industrial Fibercon împreună cu producătorul de sistem Dieffenbacher, care completează tehnologia de fixare a benzilor termoplastice Fiberforge cu consolidarea produselor semifabricate. Până în prezent, această etapă de fabricație a fost realizată în mod tradițional în procesele de presare cu consum ridicat de energie și costuri ridicate, continue sau discontinue, de exemplu cu o presă cu bandă dublă sau o presă la cald cu interval. Oamenii de știință de la Fraunhofer ICT au identificat deja în 2012 că acest proces reprezintă un blocaj în lanțul de proces pentru benzile termoplastice. Într-o abordare de dezvoltare complet nouă, ar putea fi creată o soluție cu consolidare a vidului indusă de radiații.
Lanț de proces pentru așezarea benzilor termoplastice
Degradarea termică indicată de
Pierderea în greutate una
Țesătură cu bandă din poliamidă 6 atunci când este încălzită la diferite temperaturi de proces într-o atmosferă inertă și în aer. (Sursa imaginii: Fraunhofer ICT)
Una dintre principalele domenii de cercetare ale institutului este dezvoltarea proceselor pentru construcții economice ușoare. În plus față de optimizarea proceselor stabilite, lanțurile de proces complete sunt puse la îndoială și, pe baza stării actuale a cercetării, sunt regândite. Lanțul de proces al așezării benzii termoplastice este împărțit, începând de la benzile UD, în trei etape individuale ale procesului: așezarea benzii, consolidarea și procesul component final, cum ar fi formarea și funcționalizarea țesăturii consolidate în turnarea hibridă. Lanțul complet de proces, care este potrivit atât pentru termoplastele standard, cât și pentru cele cu temperatură înaltă, este disponibil la Institutul Fraunhofer din Pfinztal.
Durata ciclului și calitatea sunt decisive
Tabelul 1: Avantajele procesării benzilor UD în comparație cu foile organice (Sursa imaginii: Fraunhofer ICT)
Pentru primul pas, așezarea benzii, există practic diferite tehnologii de proces pe piață. Cu toate acestea, în contextul producției la scară largă, timpul ciclului este crucial în plus față de precizia de așezare. Cu tehnologia de fixare a benzilor termoplastice Fiberforge, Frauhofer ICT are cel mai rapid sistem de așezare a benzilor din lume. Laminatele de gel personalizate (semifabricate personalizate) care pot fi produse cu această tehnologie oferă diverse avantaje în comparație cu semifabricatele țesute utilizate în prezent. În timp ce orientarea fibrelor în timpul țesutului este fixată la 0 ° și 90 ° prin direcțiile urzeală și bătătură, benzile UD pot fi aliniate cu traseul de încărcare în funcție de căile principale de încărcare în orice orientare a fibrelor, folosind metoda de așezare a benzii. Mai mult, așezarea benzilor în straturi nu duce la ondulații ale fibrelor, ceea ce înseamnă că poate fi utilizat întregul potențial mecanic al fibrelor din semifabricat. Prin stabilirea benzilor de bandă UD individuale, este de asemenea posibil să creați un semifabricat cu formă aproape netă, reducând astfel risipa de material și, ca rezultat, costurile componentelor.
Consolidarea vidului indusă de radiații
Proces schematic-
procedura pentru radiații-
consolidarea vidului indusă. (Sursa imaginii: Fraunhofer ICT)
În conformitate cu aceste obiective, procesul dezvoltat folosește presiune negativă pentru a acumula presiune și radiații infraroșii pentru încălzire. Aceasta înseamnă că materialul poate fi încălzit și presat ușor, direct și rapid într-o atmosferă protejată. Fluxul general de proces are loc în cinci pași. În primul rând, semifabricatul personalizat este plasat între cele două jumătăți ale instrumentului care sunt transparente la radiațiile IR. Vidul este apoi construit și menținut pe tot parcursul procesului până la îndepărtarea componentelor. Aerul prins între straturile individuale este deja evacuat și nu poate rămâne ca un blocaj de aer în țesătura consolidată. Când materialul se schimbă în stare topită, aerul prins în timpul producerii benzii poate de asemenea să scape, ceea ce înseamnă că conținutul porilor poate fi redus și mai mult.
După ce s-a atins temperatura țintă, materialul este răcit și semifabricatul personalizat poate fi îndepărtat. Este posibil să opriți procesul de răcire devreme pentru a utiliza căldura rămasă în material pentru încălzirea în turnarea hibridă din aval. Datorită unei acoperiri speciale pe jumătățile matriței, este posibilă și consolidarea majorității materialelor termoplastice fără agenți de eliberare. În plus față de timpul scurt al ciclului, aceasta este o cerință din ce în ce mai centrală pentru prelucrarea automată ulterioară a îmbinării și pentru funcționalizarea în turnarea hibridă.
Exemplu de distribuție slabă a fibrelor în banda UD comercială (stânga) și de calitate slabă de impregnare a benzilor individuale de bandă în țesătura consolidată (dreapta) (sursa imaginii: Fraunhofer ICT)
Avantajele procesului dezvoltat rezidă, de asemenea, în investiția redusă, deplasarea redusă a fibrelor datorită presiunilor reduse ale procesului și consolidarea cu excluderea oxigenului. În mod special în acest scop, au fost efectuate investigații la institut cu privire la degradarea termică a straturilor de bandă pe bază de poliamidă 6 în funcție de temperatura procesului. Alte procese necesită uneori temperaturi mai mari ale procesului, de exemplu pentru a compensa un transfer și răcirea asociată. Deoarece pierderea de căldură în consolidarea vidului indusă de radiații este minimă datorită izolației termice, temperatura procesului este doar puțin peste temperatura de topire.
Împreună cu Dieffenbacher, a fost posibilă transformarea procesului dezvoltat într-un proces adecvat pentru producția pe scară largă. Tehnologia sistemului elimină blocajul din lanțul de proces de la bandă la componenta finală din fibre termoplastice compozite. Lanțul proceselor este acum disponibil pentru utilizare partajată în proiecte de cercetare și dezvoltare. În plus față de tehnologia de sistem adecvată pentru producția pe scară largă, Fraunhofer ICT, în cooperare cu alți parteneri, oferă și suport specific procesului pentru proiectarea componentelor și proiectarea simulării.
Despre autor
Tobias Link
a fost asistent de cercetare în domeniul produselor de prelucrare termoplastică la Institutul Fraunhofer pentru Tehnologie Chimică, Pfinztal, din 2015.