DARPA представляет программу TFF для недорогих композитов для защиты

Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA, Арлингтон, Вирджиния, США), входящее в состав Министерства обороны США, имеет долгую историю развития технологий композитов. Сюда входят такие программы, как «Доступные композиты для силовых установок, материалы вне автоклавов», которые привели к широкому использованию препрегов семейства 5320-1 в оборонной промышленности, а также совсем недавно программу TRUST для первичных структур из композитных материалов.

Обзор программы TFF. ИСТОЧНИК | «Достижения в области композитных материалов и средств проектирования» Яна Ванденбранде, руководителя программы Управления оборонных исследований (DSO), DARPA на SAMPE 2019 (20–23 мая, Шарлотт, Северная Каролина, США)

Программа Tailorable Feedstock and Forming (TFF) DARPA, запущенная в 2015 году, направлена ​​на обеспечение быстрого, недорогого и гибкого производства композитных деталей весом менее 20 фунтов. Композитные детали очень хорошо сочетаются с металлическими деталями для больших деталей с усиленной обшивкой с такими процессами, как автоматическая укладка волокон и укладка ленты. Однако на типичном тактическом военном самолете около 80% деталей, составляющих всю конструкцию планера, весят менее 20 фунтов. Подавляющее большинство этих частей сделано из металлов, потому что композиты могут выиграть в торговых исследованиях только для частей обороны> 20 фунтов.

Чтобы решить эту проблему, TFF разрабатывает адаптируемое универсальное сырье для формовки (TuFF) - материал, в котором используется традиционное углеродное волокно на основе PAN, нарезанное на определенную длину (в конечном итоге программа надеется использовать углеродное волокно с шагом) и прерывистые волокна с высокой степенью выравнивания, которые могут быть адаптированы в длина, модификация поверхности, матрица и гибридизация с другими материалами при достижении формуемости листового металла с помощью быстрых процессов, таких как штамповка. Подпрограмма TuFF реализуется Университетом Делавэра (UD, Ньюарк, Де., США).

Целевая производительность адаптированного универсального сырья для формования (TuFF ) материал. ИСТОЧНИК | «Достижения в области композитных материалов и средств дизайна» Ян Ванденбранде, SAMPE 2019.

Сравнение процессов формовки и формования

Параллельно с производством TuFF является подпрограмма формовки, возглавляемая компанией Boeing Co. (Чикаго, Иллинойс, США) и известная как RApid High-Performance Molding (RAPM). Партнерами RAPM являются не только компании, хорошо известные в аэрокосмической отрасли, в том числе поставщик материалов Solvay (Alpharetta, Джорджия, США) - Solvay Composite Materials (Брюссель, Бельгия и Tempe, Азия, США) - и специалист по термопластическим композитным конструкциям ATC Manufacturing ( Post Falls, Id., США), но также компании, более часто связанные с автомобильными и промышленными рынками, такие как SGL Carbon (Висбаден, Германия) и специалист по пиксельному контролю температуры Surface Generation (Oakham, Rutland, UK), который поставил автоматизированные системы формования для портативные компьютеры, отлитые под давлением, литье под давлением пластмассы и ряд деталей и процессов из композитных материалов.

RAPM сравнивает несколько методов формования на серии демонстраторов. части. ИСТОЧНИК | «Достижения в области композитных материалов и средств проектирования» Ян Ванденбранде, SAMPE 2019.

Результаты, представленные на SAMPE 2019

И TuFF, и RAPM представили результаты на SAMPE 2019 - всего 14 презентаций, включая испытания свойств новых материалов и демонстрацию формования набора сложных демонстрационных деталей. Последнее позволило проводить параллельное сравнение материалов и процессы, включая формование штампов из термопластичного композита и литье с переносом термореактивной смолы (RTM), в том числе развитие от RTM, подобного автомобильному RTM высокого давления (HP-RTM), до варианта с более низким давлением, аналогичного процессу Ultra RTM, используемому Audi и Voith Composites . Также были разработаны процессы с использованием подпружиненной рамы для удержания 2D-арматуры для предотвращения складок и других дефектов во время предварительного формования / формования 3D-форм. Контрольное время цикла для всех процессов на инструменте было менее 30 минут. Для некоторых деталей, изготовленных штамповкой из термопластического композита, время цикла составляет всего 5 минут.

Выбор презентаций SAMPE 2019 TFF

• Формование композитных заготовок TUFF - Шридхар Ярлагадда, Центр композитных материалов Университета Делавэра (UD-CCM)
• Переработка углепластика с замкнутым циклом в высокодисперсные композиты из коротких волокон с высокими эксплуатационными характеристиками - Дирк Хайдер, UD-CCM
• Оценка выравнивания волокон с помощью компьютерной рентгеновской томографии - Дженнифер Сиетинс, Исследовательская лаборатория армии США
• Быстрое высокопроизводительное формование (RAPM) мелких деталей - Гейл Хан, компания Boeing
• Изготовление сложной детали с профилями глубокой вытяжки с помощью трансфертного формования из смолы - Том Цоцис, The Boeing Company
• Производство прессов с пружинной рамой для компонентов аэрокосмического производства - Тимоти Лучини, компания Boeing
• Быстрое высокопроизводительное формование конструкционных термопластичных композитных деталей - Гейл Хан, компания Boeing
• Гибкий анализ затрат на производство ячеек для формования небольших композитных деталей - Дэниел Чарльз, компания "Боинг"

Автоматическая формовочная ячейка Surface Generation

Компания RAPM также провела оценку запатентованной системы PtFS компании Surface Generation для ряда применений для обработки термореактивных и термопластичных композитов в аэрокосмической отрасли, близких к сетчатым и имеющим форму сетки. Ячейка обрабатывает препрег, органолист и сухое волокно, последнее используется для вливания смолы.

Промежуточные результаты были подробно описаны в статье Стивена Шевчука, The Boeing Company, «Разработка масштабируемых архитектур динамического управления для рабочих ячеек для производства гибких композитов».

Компания Surface Generation предоставила команде RAPM полностью интегрированную, изготовленную на заказ зажимную, инструментальную и формовочную ячейку из PtFS, способную изготавливать композитные компоненты размером до 0,9 метра на 0,9 метра. Ячейку можно переконфигурировать для производства различных деталей за считанные минуты, и она была протестирована с множеством конфигураций, включая вакуум, инфузию смолы, термореактивный пресс-клав и уплотнение термопластичного композита. Он имеет обширную и значительную историю данных обработки деталей, а также возможность сочетать изотермическую и циклическую обработку.