Горячее драпирование: повышение эффективности производства композитов

Этот онлайн-материал к статье марта 2021 года «Развитие внеавтоклавного инфузионного коробка крыла» собирает публикации CW о горячем драпировании за последние годы в единый ресурс. Ниже — фрагменты статей 2010–2020 гг. с фото, демонстрирующими, как горячее драпирование автоматизирует производство композитов.

2010: GKN Aerospace, шплеры A400M

Из статьи: «Композитные шплеры крыла несут огромные турбопропеллерные двигатели».

Фил Грейнгер, технический директор GKN Aerospace, объясняет: ручная укладка больших деталей (как на ранних шплерах A400M) медленна — 0,75 кг/ч. При серийном производстве деталь укладывается плоско на автоматическую лентоукладку (ATL), затем горячим драпированием придается С-образная форма. Темпы укладки достигают 25 кг/ч — реальные средние показатели за смену.

Для автоматизации GKN инвестировала в крупную ATL с 20-метровым столом от MTorres (Испания). Укладка сложных преформ из ундирекшн-препрега (углеволокно/упорная эпоксидная смола 977-2 от Cytec, ныне Solvay). Формовка С-профиля на горячем драпирователе от Aeroform Ltd (Великобритания). Для вакуума укладка помещается между две пленки Kapton (DuPont). Прогрев ИК-нагревателями до 60°C за час обеспечивает равномерный нагрев даже в самой толстой части. Давление формирует ламинат за 20 минут. Пленки Kapton после формовки утилизируются.

2014: FACC, флапы A321

Из статьи: «FACC AG: держава аэрокомпозитов».

На заводе 3 производятся флапы, обтекатели и рули. Используются ATL и горячее драпирование — нагрев и давление к плоским преформам с ядром и гибкой подложкой для получения 3D-форм. Пример — серийное производство флапов A321 на автоматизированном рабочем месте от Fill (Австрия).

2018: Fill, автоматическое преформирование

Из статьи: «Автоматизированное преформирование, часть 7: Fill Gesellschaft».

В Израиле большинство компаний используют горячее драпирование. Джонатан Хулати из Elbit Cyclone: «Не знаю, как делать высокопроизводительное препрег без горячего драпирования» — речь о балках и стойках Boeing 787. Горячие драпирователи (HDF) незаменимы и для FBM, и для Israel Aerospace Industries.

Fill поставляет HDF годами, включая несколько единиц у FACC. Это вакуумные системы с ИК-нагревом и многоразовой силиконовой мембраной для нагрева и уплотнения (дебалкинга) препрега на инструменте перед полимеризацией. HDF — ключевой элемент полной производственной линии.

2018: FBM, детали 787

Из статьи: «Слияние предпринимательских металлоориентированных фирм завоевало первенство в композитах».

В чистой комнате укладывают детали 787. Компьютеризированные экраны показывают углы укладки. Гильотинный станок Century Design (США) режет угловые слои. Инструменты для обтекателей дверей — стальные мандрели. Автоматизированный резак Assyst-Bullmer (Великобритания) режет до 50 слоев за операцию.

Доминирует горячий драпирователь (HDF) от ElectroTherm Industry (Израиль). Стационарная вакуумная система с ИК-нагревателями и силиконовой мембраной формирует до 50 слоев за один цикл без промежуточного дебалкинга. «Мы устранили сложность процесса — формируем за один раз», — говорит Поликер. После HDF на укладку накладывается каул из углепластика (выдерживает 177°C в автоклаве), имитирующий стыковочный инструмент. Мандрели восстанавливают в своем цеху. Расходники — Airtech International (США).

2018: Elbit Cyclone, детали 787

Из статьи: «Обслуживание мира композитов в Израиле и США».

В чистой комнате укладывают препрег для клипов, стоек, сложных J-, I-, C-балок, многочастных дверц шасси. Препрег режут на Assyst Bullmer и гильотине. Лазерные проекторы Aligned Vision помогают ручной укладке.

CFRP-балочные детали укладывают на металлические мандрели. Хулати: «Сначала укладываем стопки препрега, потом наносим на мандрел. Экономит кучу времени по сравнению с поклейкой по кускам. Укладки покрывают каулом собственного дизайна — 100% повторяемость».

Горячее драпирование у задней стены позволяет дебалкать много деталей за цикл. Хулати: «Не знаю, как без HDF делать высокотемповое препрег». Узким местом не HDF и не автоклав, а механообработка после полимеризации. Для длинных балок быстрее уложить простую стопку и отработать после отверждения. Автоклав не проблема — много деталей за цикл.

2018: IAI, аэроструктуры

Из статьи: «Угол обороны Израиля готов к глобальному выходу».

IAI использует горячее драпирование для дебалкинга толстых укладок, исключая промежуточные шаги. Возможности: ручная укладка, ATL, HDF, автоклав, внеавтоклавное отверждение (OOA), инфузия, RTM, сложное клеение и сборка. 10 автоклавов (самый большой 14×4,7 м). HDF 6,9×2,7×3,1 м от Electrotherm Industry.

2020: Strata, внутренние флапы A350-900

Из статьи: «Strata поставила 100 комплектов внутренних флапов для A350-900».

Внутренний флап (IBF) увеличивает подъемную силу крыла при взлете/посадке. Strata планирует полную автоматизацию: горячее драпирование (HDF) и роботизированная ATL. HDF преформирует карбоновые компоненты, ИК-нагрев быстро и равномерно размягчает волокно — детали без напряженных морщин. Два ATL-станка укладывают ундирекшн-препрег на плоский стол перед переносом в форму. Рабочая зона 2,5×10 м позволяет автоматизировать крупные укладки, устраняя отдельный ультразвуковой резак и сокращая время.

2020: Techni-Modul, ребро и стрингер крыла

Из статьи: «Компрессионный RTM для производства будущих аэроструктур».

«Для нас OPTICOMS — тоже автоматизация», — говорит Шевалле. Techni-Modul поставила C-RTM инъекционную систему, пик-н-плейс робота и горячее драпирование (HDF) в полностью автоматизированную ячейку. «Автоматизировали классическую ручную укладку слоев роботом», — Шевалле. Робот берет слои с автоматического резака и переносит на нагретый преформирующий инструмент на уплотнительном столе. Peel-ply, брезер, многоразовая вакуумная мембрана — вакуум и тепло для предварительной формы и удаления воздуха (HDF) с плавлением тонких термопластических вуали для компактизации преформы.

OPTICOMS: ребро и стрингер крыла (пошаговые фото с описанием этапов 1–10).

Шевалле: «Сколько слоев можно уплотнить за раз — зависит от материала и формы. Для низкой кривизны (обшивка крыла) — до 50 слоев. Ребро OPTICOMS имеет прямые углы, I-стрингер — Т-образные формы, нужно осторожно, чтобы не образовать морщины. Компактизация каждые 5–8 слоев, но все равно высокая производительность: укладка слоев, 2-минутная HDF-компактизация, повторение, финальное охлаждение на инструменте перед переносом в RTM-форму».