Saat ini, terdapat banyak proses pembuatan struktur material komposit, yang dapat diterapkan pada produksi dan pembuatan berbagai struktur.Namun mengingat efisiensi produksi industri dan biaya produksi industri penerbangan, khususnya pesawat sipil, maka perbaikan proses curing perlu dilakukan untuk mengurangi waktu dan biaya.Rapid Prototyping adalah metode manufaktur baru berdasarkan prinsip pembentukan diskrit dan bertumpuk, yang merupakan teknologi prototyping cepat berbiaya rendah.Teknologi umum meliputi pencetakan kompresi, pembentukan cairan, dan pembentukan material komposit termoplastik.
1. Cetakan menekan teknologi prototyping cepat
Teknologi pencetakan prototipe cepat adalah proses yang menempatkan blanko prepreg yang telah diletakkan sebelumnya ke dalam cetakan cetakan, dan setelah cetakan ditutup, blanko tersebut dipadatkan dan dipadatkan melalui pemanasan dan tekanan.Kecepatan pencetakannya cepat, ukuran produknya akurat, dan kualitas cetakannya stabil dan seragam.Dikombinasikan dengan teknologi otomasi, dapat mencapai produksi massal, otomasi, dan pembuatan komponen struktur komposit serat karbon berbiaya rendah di bidang penerbangan sipil.
Langkah-langkah pencetakan:
① Dapatkan cetakan logam berkekuatan tinggi yang sesuai dengan dimensi komponen yang diperlukan untuk produksi, lalu pasang cetakan tersebut di mesin press dan panaskan.
② Bentuk material komposit yang diperlukan ke dalam bentuk cetakan.Pembentukan awal adalah langkah penting yang membantu meningkatkan kinerja komponen jadi.
③ Masukkan bagian yang sudah dibentuk sebelumnya ke dalam cetakan yang sudah dipanaskan.Kemudian kompres cetakan dengan tekanan yang sangat tinggi, biasanya berkisar antara 800psi hingga 2000psi (tergantung ketebalan bagian dan jenis bahan yang digunakan).
④ Setelah melepaskan tekanan, keluarkan bagian dari cetakan dan hilangkan sisa duri.
Keuntungan dari cetakan:
Karena berbagai alasan, pencetakan adalah teknologi yang populer.Salah satu alasan mengapa ini populer adalah karena menggunakan material komposit canggih.Dibandingkan dengan bagian logam, material ini seringkali lebih kuat, lebih ringan, dan lebih tahan korosi, sehingga menghasilkan benda dengan sifat mekanik yang lebih baik.
Keuntungan lain dari pencetakan adalah kemampuannya untuk memproduksi bagian-bagian yang sangat kompleks.Meskipun teknologi ini tidak dapat sepenuhnya mencapai kecepatan produksi cetakan injeksi plastik, teknologi ini memberikan bentuk yang lebih geometris dibandingkan dengan material komposit laminasi pada umumnya.Dibandingkan dengan cetakan injeksi plastik, cetakan ini juga memungkinkan serat lebih panjang, sehingga bahannya lebih kuat.Oleh karena itu, pencetakan dapat dilihat sebagai jalan tengah antara pencetakan injeksi plastik dan pembuatan material komposit laminasi.
1.1 Proses Pembentukan SMC
SMC adalah singkatan dari material komposit pembentuk lembaran logam, yaitu material komposit pembentuk lembaran logam.Bahan baku utama terdiri dari benang khusus SMC, resin tak jenuh, aditif penyusutan rendah, pengisi, dan berbagai aditif.Pada awal tahun 1960an, pertama kali muncul di Eropa.Sekitar tahun 1965, Amerika Serikat dan Jepang berturut-turut mengembangkan teknologi ini.Pada akhir tahun 1980an, Tiongkok memperkenalkan jalur produksi dan proses SMC yang canggih dari luar negeri.SMC memiliki keunggulan seperti kinerja kelistrikan yang unggul, ketahanan terhadap korosi, bobot yang ringan, serta desain teknik yang sederhana dan fleksibel.Sifat mekaniknya dapat dibandingkan dengan bahan logam tertentu, sehingga banyak digunakan dalam industri seperti transportasi, konstruksi, elektronik, dan teknik elektro.
1.2 Proses Pembentukan BMC
Pada tahun 1961, senyawa cetakan lembaran resin tak jenuh (SMC) yang dikembangkan oleh Bayer AG di Jerman diluncurkan.Pada tahun 1960an mulai digalakkan Bulk Moulding Compound (BMC) yang dikenal juga dengan nama DMC (Dough Moulding Compound) di Eropa yang tidak mengental pada tahap awal (1950an);Menurut definisi Amerika, BMC adalah BMC yang menebal.Setelah menerima teknologi Eropa, Jepang telah mencapai prestasi yang signifikan dalam penerapan dan pengembangan BMC, dan pada tahun 1980-an, teknologi tersebut telah menjadi sangat matang.Sejauh ini, matriks yang digunakan dalam BMC adalah resin poliester tak jenuh.
BMC termasuk dalam plastik termoset.Berdasarkan karakteristik material, suhu barel material pada mesin cetak injeksi tidak boleh terlalu tinggi untuk memperlancar aliran material.Oleh karena itu, dalam proses pencetakan injeksi BMC, pengendalian suhu barel material sangatlah penting, dan sistem kontrol harus ada untuk memastikan kesesuaian suhu, untuk mencapai suhu optimal dari bagian pengumpanan hingga bagian pengumpanan. nosel.
1.3 Cetakan polisiklopentadiena (PDCPD).
Cetakan polisiklopentadiena (PDCPD) sebagian besar merupakan matriks murni daripada plastik bertulang.Prinsip proses pencetakan PDCPD yang muncul pada tahun 1984 termasuk dalam kategori yang sama dengan pencetakan poliuretan (PU), dan pertama kali dikembangkan oleh Amerika Serikat dan Jepang.
Telene, anak perusahaan dari perusahaan Jepang Zeon Corporation (berlokasi di Bondues, Perancis), telah mencapai kesuksesan besar dalam penelitian dan pengembangan PDCPD dan operasi komersialnya.
Proses pencetakan RIM sendiri lebih mudah diotomatisasi dan memiliki biaya tenaga kerja yang lebih rendah dibandingkan proses seperti penyemprotan FRP, RTM, atau SMC.Biaya cetakan yang digunakan oleh PDCPD RIM jauh lebih rendah dibandingkan dengan SMC.Misalnya, cetakan kap mesin Kenworth W900L menggunakan cangkang nikel dan inti aluminium cor, dengan resin kepadatan rendah dengan berat jenis hanya 1,03, yang tidak hanya mengurangi biaya tetapi juga mengurangi bobot.
1.4 Pembentukan Bahan Komposit Termoplastik Bertulang Serat Secara Online Langsung (LFT-D)
Sekitar tahun 1990, LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) diperkenalkan ke pasar di Eropa dan Amerika.Perusahaan CPI di Amerika Serikat adalah perusahaan pertama di dunia yang mengembangkan peralatan cetakan termoplastik yang diperkuat serat panjang komposit langsung dan teknologi yang sesuai (LFT-D, Direct In Line Mixing).Perusahaan ini mulai beroperasi secara komersial pada tahun 1991 dan merupakan pemimpin global dalam bidang ini.Diffenbarcher, sebuah perusahaan Jerman, telah meneliti teknologi LFT-D sejak tahun 1989. Saat ini, terdapat LFT D, Tailored LFT (yang dapat mencapai penguatan lokal berdasarkan tegangan struktural), dan Advanced Surface LFT-D (permukaan terlihat, permukaan tinggi). kualitas) teknologi.Dari sudut pandang lini produksi, tingkat tekanan Diffenbarcher sangat tinggi.Sistem ekstrusi D-LFT dari perusahaan Kerjasama Jerman berada pada posisi terdepan secara internasional.
1.5 Teknologi Manufaktur Pengecoran Tanpa Cetakan (PCM)
PCM (Pattern less Casting Manufacturing) dikembangkan oleh Laser Rapid Prototyping Center di Universitas Tsinghua.Teknologi pembuatan prototipe cepat harus diterapkan pada proses pengecoran pasir resin tradisional.Pertama, dapatkan model CAD casting dari model bagian CAD.File STL dari model CAD casting dilapis untuk mendapatkan informasi profil penampang, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan informasi kontrol.Selama proses pencetakan, nosel pertama secara akurat menyemprotkan perekat ke setiap lapisan pasir dengan kontrol komputer, sedangkan nosel kedua menyemprotkan katalis melalui jalur yang sama.Keduanya mengalami reaksi ikatan, memadatkan pasir selapis demi selapis dan membentuk tumpukan.Pasir di area tempat perekat dan katalis bekerja sama dipadatkan bersama, sedangkan pasir di area lain tetap dalam keadaan granular.Setelah menyembuhkan satu lapisan, lapisan berikutnya diikat, dan setelah semua lapisan diikat, diperoleh entitas spasial.Pasir aslinya masih berupa pasir kering yang bagian perekatnya tidak disemprot sehingga lebih mudah untuk dihilangkan.Dengan membersihkan bagian tengah pasir kering yang belum diawetkan, dapat diperoleh cetakan pengecoran dengan ketebalan dinding tertentu.Setelah mengoleskan atau menghamili cat pada permukaan bagian dalam cetakan pasir, dapat digunakan untuk menuang logam.
Titik suhu curing proses PCM biasanya sekitar 170 ℃.Peletakan dingin dan pengupasan dingin sebenarnya yang digunakan dalam proses PCM berbeda dengan pencetakan.Peletakan dingin dan pengupasan dingin melibatkan peletakan prepreg secara bertahap pada cetakan sesuai dengan persyaratan struktur produk ketika cetakan berada pada ujung dingin, dan kemudian menutup cetakan dengan mesin press pembentuk setelah peletakan selesai untuk memberikan tekanan tertentu.Pada saat ini cetakan dipanaskan menggunakan mesin suhu cetakan, Proses yang biasa dilakukan adalah menaikkan suhu dari suhu kamar menjadi 170 ℃, dan laju pemanasan perlu disesuaikan dengan produk yang berbeda.Kebanyakan dari mereka terbuat dari plastik ini.Ketika suhu cetakan mencapai suhu yang disetel, isolasi dan pelestarian tekanan dilakukan untuk menyembuhkan produk pada suhu tinggi.Setelah proses curing selesai, perlu juga menggunakan mesin suhu cetakan untuk mendinginkan suhu cetakan ke suhu normal, dan laju pemanasan juga diatur pada 3-5 ℃/menit, Kemudian dilanjutkan dengan pembukaan cetakan dan ekstraksi bagian.
2. Teknologi pembentuk cairan
Teknologi pembentukan cair (LCM) mengacu pada serangkaian teknologi pembentukan material komposit yang pertama-tama menempatkan preforms serat kering dalam rongga cetakan tertutup, kemudian menyuntikkan resin cair ke dalam rongga cetakan setelah penutupan cetakan.Di bawah tekanan, resin mengalir dan merendam serat.Dibandingkan dengan proses pembentukan kaleng pengepresan panas, LCM memiliki banyak keunggulan, seperti cocok untuk pembuatan komponen dengan akurasi dimensi tinggi dan tampilan kompleks;Biaya produksi rendah dan pengoperasian sederhana.
Khususnya proses RTM bertekanan tinggi yang dikembangkan beberapa tahun terakhir, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Moulding), disingkat proses pencetakan HP-RTM.Ini mengacu pada proses pencetakan menggunakan tekanan bertekanan tinggi untuk mencampur dan menyuntikkan resin ke dalam cetakan tertutup vakum yang telah dipasang sebelumnya dengan bahan yang diperkuat serat dan komponen yang telah tertanam sebelumnya, dan kemudian memperoleh produk material komposit melalui pengisian aliran resin, impregnasi, pengawetan, dan pembongkaran. .Dengan mengurangi waktu injeksi, diharapkan dapat mengontrol waktu pembuatan komponen struktur penerbangan dalam waktu puluhan menit, mencapai kandungan serat yang tinggi dan pembuatan suku cadang berkinerja tinggi.
Proses pembentukan HP-RTM merupakan salah satu proses pembentukan material komposit yang banyak digunakan di berbagai industri.Keunggulannya terletak pada kemungkinan mencapai produksi massal, berbiaya rendah, siklus pendek, dan berkualitas tinggi (dengan kualitas permukaan yang baik) dibandingkan dengan proses RTM tradisional.Ini banyak digunakan di berbagai industri seperti manufaktur otomotif, pembuatan kapal, manufaktur pesawat terbang, mesin pertanian, transportasi kereta api, pembangkit listrik tenaga angin, barang olahraga, dll.
3. Teknologi pembentukan material komposit termoplastik
Dalam beberapa tahun terakhir, material komposit termoplastik telah menjadi hotspot penelitian di bidang pembuatan material komposit baik di dalam negeri maupun internasional, karena keunggulannya dalam ketahanan benturan yang tinggi, ketangguhan yang tinggi, toleransi kerusakan yang tinggi, dan ketahanan panas yang baik.Pengelasan dengan material komposit termoplastik dapat secara signifikan mengurangi jumlah sambungan paku keling dan baut pada struktur pesawat, sehingga sangat meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi biaya produksi.Menurut Airframe Collins Aerospace, pemasok struktur pesawat kelas satu, kaleng non-panas dapat membentuk struktur termoplastik yang dapat dilas berpotensi memperpendek siklus produksi hingga 80% dibandingkan dengan komponen komposit logam dan termoset.
Penggunaan jumlah bahan yang paling sesuai, pemilihan proses yang paling ekonomis, penggunaan produk pada bagian yang sesuai, pencapaian tujuan desain yang telah ditentukan, dan pencapaian rasio biaya kinerja produk yang ideal selalu menjadi arahannya. upaya untuk praktisi material komposit.Saya yakin akan lebih banyak proses pencetakan yang dikembangkan di masa depan untuk memenuhi kebutuhan desain produksi.
Waktu posting: 21 November-2023
