현재 다양한 구조의 생산 및 제조에 적용할 수 있는 복합 재료 구조에 대한 많은 제조 공정이 있습니다.그러나 항공 산업, 특히 민간 항공기의 산업 생산 효율성과 생산 비용을 고려할 때 시간과 비용을 줄이기 위해 경화 공정을 개선하는 것이 시급합니다.Rapid Prototyping은 저비용의 Rapid Prototyping 기술인 Discrete and Stack Forming의 원리를 기반으로 한 새로운 제조 방식입니다.일반적인 기술에는 압축 성형, 액체 성형 및 열가소성 복합 재료 성형이 포함됩니다.
1. 금형 프레싱 쾌속 프로토타이핑 기술
성형의 쾌속조형 기술은 미리 배치된 프리프레그 블랭크를 성형 금형에 넣고, 금형이 닫힌 후 가열과 가압을 통해 블랭크를 압축 고화시키는 공정이다.성형 속도가 빠르고, 제품 크기가 정확하며, 성형 품질이 안정적이고 균일합니다.자동화 기술과 결합하여 민간 항공 분야에서 탄소 섬유 복합 구조 부품의 대량 생산, 자동화 및 저비용 제조를 달성할 수 있습니다.
성형 단계:
① 제작에 필요한 부품의 치수에 맞는 고강도 금형을 구하여 프레스에 장착하고 가열한다.
② 필요한 복합재료를 금형의 형태로 미리 성형한다.사전 성형은 완성된 부품의 성능을 향상시키는 데 도움이 되는 중요한 단계입니다.
③ 가열된 금형에 미리 성형된 부품을 삽입합니다.그런 다음 일반적으로 800psi~2000psi 범위의 매우 높은 압력에서 금형을 압축합니다(부품의 두께와 사용된 재료 유형에 따라 다름).
④ 압력을 해제한 후 금형에서 부품을 꺼내어 버(Burr)를 제거합니다.
성형의 장점:
여러 가지 이유로 성형은 인기 있는 기술입니다.인기 있는 이유 중 하나는 고급 복합 재료를 사용하기 때문입니다.금속 부품에 비해 이러한 재료는 더 강하고 가벼우며 내부식성이 더 뛰어나므로 기계적 특성이 더 나은 물체를 만들 수 있습니다.
성형의 또 다른 장점은 매우 복잡한 부품을 제조할 수 있다는 것입니다.이 기술은 플라스틱 사출 성형의 생산 속도를 완전히 달성할 수는 없지만 일반적인 적층 복합 재료에 비해 더 많은 기하학적 형태를 제공합니다.플라스틱 사출 성형에 비해 섬유 길이가 길어져 재료가 더 강해집니다.따라서 성형은 플라스틱 사출 성형과 적층 복합재료 제조의 중간 단계로 볼 수 있습니다.
1.1 SMC 성형 공정
SMC는 Sheet Metal Forming Composite Materials의 약어로, Sheet Metal Forming Composite Materials를 의미합니다.주요 원재료는 SMC 특수사, 불포화수지, 저수축 첨가제, 충진제, 각종 첨가제로 구성됩니다.1960년대 초 유럽에서 처음 등장했습니다.1965년경 미국과 일본이 잇달아 이 기술을 개발했다.1980년대 후반 중국은 해외로부터 첨단 SMC 생산 라인과 공정을 도입했습니다.SMC는 우수한 전기적 성능, 내식성, 경량, 단순하고 유연한 엔지니어링 설계 등의 장점을 가지고 있습니다.기계적 성질은 특정 금속 재료와 비슷할 수 있으므로 운송, 건설, 전자 및 전기 공학과 같은 산업에서 널리 사용됩니다.
1.2 BMC 성형 공정
1961년에는 독일 Bayer AG가 개발한 불포화 수지 시트 몰딩 컴파운드(SMC)가 출시되었습니다.1960년대에는 BMC(Bulk Molding Complex)가 홍보되기 시작했는데, 유럽에서는 초기(1950년대)에는 두꺼워지지 않았던 DMC(Dough Molding Complex)라고도 알려져 있습니다.미국 정의에 따르면 BMC는 두꺼운 BMC입니다.일본은 유럽의 기술을 수용한 후 BMC의 적용과 개발에 있어 상당한 성과를 거두었으며, 1980년대에 이르러 BMC 기술은 매우 성숙해졌습니다.지금까지 BMC에 사용된 매트릭스는 불포화 폴리에스테르 수지였습니다.
BMC는 열경화성 플라스틱에 속합니다.재료 특성에 따라 사출 성형기의 재료 배럴 온도는 재료 흐름을 촉진하기 위해 너무 높아서는 안됩니다.따라서 BMC의 사출성형 공정에서는 재료통의 온도를 제어하는 것이 매우 중요하며, 공급부에서 재료까지 최적의 온도를 달성하기 위해서는 온도의 적합성을 보장하는 제어 시스템이 마련되어야 합니다. 대통 주둥이.
1.3 폴리사이클로펜타디엔(PDCPD) 성형
PDCPD(폴리사이클로펜타디엔) 성형은 강화 플라스틱이 아닌 대부분 순수한 매트릭스입니다.1984년에 등장한 PDCPD 성형 공정 원리는 폴리우레탄(PU) 성형과 동일한 범주에 속하며 미국과 일본에서 처음 개발되었습니다.
일본 회사 Zeon Corporation(프랑스 Bondues 소재)의 자회사인 Telene은 PDCPD의 연구 개발과 상업적 운영에서 큰 성공을 거두었습니다.
RIM 성형 공정 자체는 FRP 스프레이, RTM, SMC 등의 공정에 비해 자동화가 쉽고 인건비가 저렴합니다.PDCPD RIM이 사용하는 금형 비용은 SMC보다 훨씬 저렴합니다.예를 들어, Kenworth W900L의 엔진 후드 금형은 비중이 1.03에 불과한 저밀도 수지와 함께 니켈 쉘과 주조 알루미늄 코어를 사용하여 비용을 절감할 뿐만 아니라 무게도 줄입니다.
1.4 섬유 강화 열가소성 복합 재료(LFT-D)의 직접 온라인 성형
1990년경 LFT(Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct)가 유럽과 미국 시장에 출시되었습니다.미국 CPI사는 세계 최초로 Direct In Line 복합 장섬유 강화 열가소성 성형 장비 및 해당 기술(LFT-D, Direct In Line Mixing)을 개발한 회사입니다.1991년 상업 운영을 시작했으며 이 분야의 글로벌 리더입니다.독일 기업인 Diffenbarcher는 1989년부터 LFT-D 기술을 연구해 왔습니다. 현재는 주로 LFT D, Tailored LFT(구조적 응력을 기반으로 국부적 강화를 달성할 수 있음), Advanced Surface LFT-D(가시 표면, 높은 표면)가 있습니다. 품질) 기술.생산라인의 관점에서 볼 때 Diffenbarcher의 프레스 수준은 매우 높습니다.독일 협력사의 D-LFT 압출 시스템은 국제적으로 선도적인 위치에 있습니다.
1.5 무형주조 제조기술(PCM)
PCM(Patternless Casting Manufacturing)은 칭화대학교 레이저 고속 프로토타이핑 센터에서 개발되었습니다.신속한 프로토타이핑 기술은 전통적인 수지사형 주조 공정에 적용되어야 합니다.먼저 부품 CAD 모델에서 주조 CAD 모델을 얻습니다.주조 CAD 모델의 STL 파일을 계층화하여 단면 프로파일 정보를 얻은 후 제어 정보를 생성하는 데 사용됩니다.성형 과정에서 첫 번째 노즐은 컴퓨터 제어를 통해 모래의 각 층에 접착제를 정확하게 분사하고, 두 번째 노즐은 동일한 경로를 따라 촉매를 분사합니다.두 개가 결합반응을 일으키면서 모래가 층층이 쌓여 굳어져 더미를 형성하게 된다.접착제와 촉매가 함께 작용하는 부분의 모래는 함께 응고되고, 다른 부분의 모래는 입상 상태로 유지됩니다.한 층을 경화시킨 후 다음 층을 접착하고, 모든 층을 접착한 후 공간적 실체를 얻는다.접착제가 분사되지 않은 부분의 원래 모래는 여전히 마른 모래이므로 제거가 더 쉽습니다.중간에 있는 경화되지 않은 마른 모래를 제거하면 일정한 벽 두께를 가진 주물 주형을 얻을 수 있습니다.사형주형의 내면에 도료를 도포하거나 함침시킨 후 금속을 붓는 용도로 사용할 수 있다.
PCM 공정의 경화 온도점은 일반적으로 약 170℃입니다.PCM 공정에 사용되는 실제 냉간 및 냉간 박리는 성형 공정과 다릅니다.냉간 성형 및 냉간 박리는 금형이 냉간단에 있을 때 제품 구조 요구 사항에 따라 금형 위에 프리프레그를 점차적으로 놓고, 성형이 완료된 후 성형 프레스로 금형을 닫아 일정한 압력을 제공하는 작업을 포함합니다.이때, 금형 온도 기계를 사용하여 금형을 가열합니다. 일반적인 공정은 온도를 실온에서 170℃까지 높이는 것이며 가열 속도는 제품에 따라 조정되어야 합니다.대부분이 플라스틱으로 만들어졌습니다.금형온도가 설정온도에 도달하면 단열 및 압력보존을 진행하여 고온에서 제품을 경화시킵니다.경화가 완료된 후 금형 온도를 상온으로 냉각시키기 위해 금형 온도 기계를 사용하는 것도 필요하며 가열 속도도 3~5℃/min으로 설정한 후 형 개방 및 부품 추출을 진행합니다.
2. 액상형성기술
액체 성형 기술(LCM)은 먼저 건식 섬유 프리폼을 닫힌 금형 캐비티에 배치한 다음 금형 폐쇄 후 액체 수지를 금형 캐비티에 주입하는 일련의 복합 재료 성형 기술을 말합니다.압력을 가하면 수지가 흘러 섬유를 흡수합니다.열간 압착 캔 성형 공정에 비해 LCM은 치수 정확도가 높고 외관이 복잡한 부품을 제조하는 데 적합하다는 점 등 많은 장점을 가지고 있습니다.제조 비용이 저렴하고 조작이 간단합니다.
특히 최근 개발된 고압 RTM 공정인 HP-RTM(High Pressure Resin Transfer Molding)은 HP-RTM 성형 공정으로 약칭됩니다.섬유강화재료와 미리 내장된 부품이 미리 깔려 있는 진공 밀봉된 금형에 고압의 압력을 가하여 수지를 혼합, 주입한 후, 수지 흐름 충진, 함침, 경화, 탈형을 거쳐 복합재료 제품을 얻는 성형공정을 말합니다. .사출시간 단축으로 항공구조부품 제조시간을 수십분 이내로 제어해 높은 섬유 함량과 고성능 부품 제조가 가능할 것으로 기대된다.
HP-RTM 성형 공정은 여러 산업 분야에서 널리 사용되는 복합재료 성형 공정 중 하나입니다.전통적인 RTM 공정에 비해 저비용, 단주기, 대량 생산, 고품질 생산(우수한 표면 품질)이 가능하다는 장점이 있습니다.자동차 제조, 조선, 항공기 제조, 농업 기계, 철도 운송, 풍력 발전, 스포츠 용품 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다.
3. 열가소성 복합재료 성형기술
최근 몇 년 동안 열가소성 복합재료는 높은 내충격성, 높은 인성, 높은 손상 내성 및 우수한 내열성 등의 장점으로 인해 국내외 복합재료 제조 분야의 연구 핫스팟이 되었습니다.열가소성 복합재료를 이용한 용접은 항공기 구조의 리벳 및 볼트 연결 수를 크게 줄여 생산 효율성을 크게 향상시키고 생산 비용을 절감할 수 있습니다.항공기 구조물의 일류 공급업체인 Airframe Collins Aerospace에 따르면, 열간 압착되지 않은 캔 성형 용접 가능한 열가소성 구조물은 금속 및 열경화성 복합 부품에 비해 제조 주기를 80% 단축할 수 있는 잠재력이 있습니다.
가장 적합한 양의 재료 사용, 가장 경제적인 공정 선택, 적절한 부품에 제품 사용, 미리 정해진 설계 목표 달성, 제품의 이상적인 성능 비용 비율 달성이 항상 방향이었습니다. 복합재료 실무자들을 위한 노력.앞으로는 생산 설계 요구 사항을 충족하기 위해 더 많은 성형 공정이 개발될 것이라고 믿습니다.
게시 시간: 2023년 11월 21일
