En la actualidad existen multitud de procesos de fabricación de estructuras de materiales compuestos, que pueden aplicarse a la producción y fabricación de diferentes estructuras.Sin embargo, considerando la eficiencia de la producción industrial y los costos de producción de la industria de la aviación, especialmente de los aviones civiles, es urgente mejorar el proceso de curado para reducir tiempos y costos.Rapid Prototyping es un nuevo método de fabricación basado en los principios de conformado discreto y apilado, que es una tecnología de creación rápida de prototipos de bajo costo.Las tecnologías comunes incluyen el moldeo por compresión, la conformación de líquidos y la conformación de materiales compuestos termoplásticos.
1. Tecnología de creación rápida de prototipos por prensado de moldes
La tecnología de creación rápida de prototipos de moldeo es un proceso que coloca piezas preimpregnadas previamente colocadas en el molde de moldeo y, una vez cerrado el molde, las piezas se compactan y solidifican mediante calentamiento y presión.La velocidad de moldeo es rápida, el tamaño del producto es preciso y la calidad del moldeo es estable y uniforme.Combinado con la tecnología de automatización, puede lograr la producción en masa, la automatización y la fabricación de bajo costo de componentes estructurales compuestos de fibra de carbono en el campo de la aviación civil.
Pasos de moldeo:
① Obtenga un molde de metal de alta resistencia que coincida con las dimensiones de las piezas requeridas para la producción, luego instale el molde en una prensa y caliéntelo.
② Preforme los materiales compuestos requeridos en la forma del molde.El preformado es un paso crucial que ayuda a mejorar el rendimiento de las piezas terminadas.
③ Inserte las piezas preformadas en el molde calentado.Luego, comprima el molde a una presión muy alta, que generalmente oscila entre 800 psi y 2000 psi (dependiendo del grosor de la pieza y el tipo de material utilizado).
④ Después de liberar la presión, retire la pieza del molde y elimine las rebabas.
Ventajas del moldeado:
Por diversas razones, el moldeado es una tecnología popular.Parte de la razón por la que es popular es porque utiliza materiales compuestos avanzados.En comparación con las piezas metálicas, estos materiales suelen ser más fuertes, más ligeros y más resistentes a la corrosión, lo que da como resultado objetos con mejores propiedades mecánicas.
Otra ventaja del moldeo es su capacidad para fabricar piezas muy complejas.Aunque esta tecnología no puede alcanzar completamente la velocidad de producción del moldeo por inyección de plástico, sí proporciona formas más geométricas en comparación con los materiales compuestos laminados típicos.En comparación con el moldeo por inyección de plástico, también permite fibras más largas, lo que fortalece el material.Por lo tanto, el moldeo puede verse como el término medio entre el moldeo por inyección de plástico y la fabricación de materiales compuestos laminados.
1.1 Proceso de formación de SMC
SMC es la abreviatura de materiales compuestos que forman chapa, es decir, materiales compuestos que forman chapa.Las principales materias primas se componen de hilo especial SMC, resina insaturada, aditivos de baja contracción, rellenos y diversos aditivos.A principios de la década de 1960 apareció por primera vez en Europa.Hacia 1965, Estados Unidos y Japón desarrollaron sucesivamente esta tecnología.A finales de la década de 1980, China introdujo líneas y procesos avanzados de producción de SMC desde el extranjero.SMC tiene ventajas como un rendimiento eléctrico superior, resistencia a la corrosión, peso ligero y un diseño de ingeniería simple y flexible.Sus propiedades mecánicas pueden ser comparables a las de ciertos materiales metálicos, por lo que se utiliza ampliamente en industrias como el transporte, la construcción, la electrónica y la ingeniería eléctrica.
1.2 Proceso de formación de BMC
En 1961 se lanzó al mercado el compuesto de moldeo en láminas de resina insaturada (SMC) desarrollado por Bayer AG en Alemania.En los años 1960 se empezó a promocionar el Bulk Moulding Compound (BMC), también conocido en Europa como DMC (Dough Moulding Compound), el cual no se espesaba en sus primeras etapas (años 50);Según la definición americana, BMC es una BMC espesa.Después de aceptar la tecnología europea, Japón logró logros significativos en la aplicación y desarrollo de BMC y, en la década de 1980, la tecnología había llegado a ser muy madura.Hasta ahora, la matriz utilizada en BMC ha sido resina de poliéster insaturada.
BMC pertenece a los plásticos termoestables.Según las características del material, la temperatura del cilindro de material de la máquina de moldeo por inyección no debe ser demasiado alta para facilitar el flujo del material.Por lo tanto, en el proceso de moldeo por inyección de BMC, controlar la temperatura del barril de material es muy importante y debe existir un sistema de control para garantizar la idoneidad de la temperatura, con el fin de lograr la temperatura óptima desde la sección de alimentación hasta la boquilla.
1.3 Moldeo por policiclopentadieno (PDCPD)
El moldeado de policiclopentadieno (PDCPD) es principalmente una matriz pura en lugar de plástico reforzado.El principio del proceso de moldeo PDCPD, que surgió en 1984, pertenece a la misma categoría que el moldeo de poliuretano (PU) y fue desarrollado por primera vez en Estados Unidos y Japón.
Telene, filial de la empresa japonesa Zeon Corporation (ubicada en Bondues, Francia), ha logrado un gran éxito en la investigación y el desarrollo de PDCPD y sus operaciones comerciales.
El proceso de moldeado de RIM en sí es más fácil de automatizar y tiene costos laborales más bajos en comparación con procesos como la pulverización de FRP, RTM o SMC.El costo del molde utilizado por PDCPD RIM es mucho menor que el de SMC.Por ejemplo, el molde del capó del motor del Kenworth W900L utiliza una carcasa de níquel y un núcleo de aluminio fundido, con una resina de baja densidad con una gravedad específica de sólo 1,03, lo que no sólo reduce los costos sino que también reduce el peso.
1.4 Conformación directa en línea de materiales compuestos termoplásticos reforzados con fibra (LFT-D)
Alrededor de 1990, se introdujo en el mercado de Europa y América el LFT (Termoplástico Directo Reforzado con Fibra Larga).CPI Company en los Estados Unidos es la primera empresa del mundo en desarrollar equipos de moldeo termoplástico reforzado con fibra larga compuesta en línea directa y la tecnología correspondiente (LFT-D, Direct In Line Mixing).Entró en operación comercial en 1991 y es líder mundial en este campo.Diffenbarcher, una empresa alemana, ha estado investigando la tecnología LFT-D desde 1989. Actualmente, existen principalmente LFT D, Tailored LFT (que puede lograr un refuerzo local basado en la tensión estructural) y Advanced Surface LFT-D (superficie visible, superficie alta). calidad) tecnologías.Desde el punto de vista de la línea de producción, el nivel de la prensa de Diffenbarcher es muy alto.El sistema de extrusión D-LFT de la empresa alemana Cœur ocupa una posición de liderazgo a nivel internacional.
1.5 Tecnología de fabricación de piezas fundidas sin molde (PCM)
PCM (Pattern less Casting Manufacturing) es desarrollado por el Centro de creación rápida de prototipos láser de la Universidad de Tsinghua.La tecnología de creación rápida de prototipos debe aplicarse a los procesos tradicionales de fundición en arena con resina.En primer lugar, obtenga el modelo CAD de fundición a partir del modelo CAD de la pieza.El archivo STL del modelo CAD de fundición se superpone para obtener información del perfil de la sección transversal, que luego se utiliza para generar información de control.Durante el proceso de moldeo, la primera boquilla rocía con precisión el adhesivo sobre cada capa de arena mediante control por computadora, mientras que la segunda boquilla rocía el catalizador a lo largo del mismo camino.Los dos sufren una reacción de unión, solidificando la arena capa por capa y formando una pila.La arena en el área donde el adhesivo y el catalizador trabajan juntos se solidifica juntos, mientras que la arena en otras áreas permanece en estado granular.Después de curar una capa, se une la siguiente capa y, una vez unidas todas las capas, se obtiene una entidad espacial.La arena original sigue siendo arena seca en las zonas donde no se pulveriza el adhesivo, lo que facilita su eliminación.Limpiando la arena seca sin curar en el medio, se puede obtener un molde de fundición con un cierto espesor de pared.Después de aplicar o impregnar pintura en la superficie interior del molde de arena, se puede utilizar para verter metal.
La temperatura de curado del proceso PCM suele rondar los 170 ℃.El tendido en frío y el decapado en frío utilizados en el proceso PCM son diferentes del moldeado.La colocación en frío y el decapado en frío implican colocar gradualmente el preimpregnado en el molde de acuerdo con los requisitos de la estructura del producto cuando el molde está en el extremo frío, y luego cerrar el molde con la prensa formadora una vez completada la colocación para proporcionar una cierta presión.En este momento, el molde se calienta usando una máquina de temperatura del molde. El proceso habitual es elevar la temperatura desde temperatura ambiente a 170 ℃, y la velocidad de calentamiento debe ajustarse según los diferentes productos.La mayoría están hechos de este plástico.Cuando la temperatura del molde alcanza la temperatura establecida, se lleva a cabo el aislamiento y la preservación de la presión para curar el producto a alta temperatura.Una vez completado el curado, también es necesario utilizar una máquina de temperatura del molde para enfriar la temperatura del molde a la temperatura normal, y la velocidad de calentamiento también se establece en 3-5 ℃/min. Luego, se procede con la apertura del molde y la extracción de la pieza.
2. Tecnología de formación de líquidos
La tecnología de formación de líquidos (LCM) se refiere a una serie de tecnologías de formación de materiales compuestos que primero colocan preformas de fibra seca en una cavidad de molde cerrada y luego inyectan resina líquida en la cavidad del molde después del cierre del molde.Bajo presión, la resina fluye y empapa las fibras.En comparación con el proceso de conformado de latas por prensado en caliente, LCM tiene muchas ventajas, como ser adecuado para fabricar piezas con alta precisión dimensional y apariencia compleja;Bajo coste de fabricación y funcionamiento sencillo.
Especialmente el proceso RTM de alta presión desarrollado en los últimos años, HP-RTM (moldeo por transferencia de resina de alta presión), abreviado como proceso de moldeo HP-RTM.Se refiere al proceso de moldeo que consiste en utilizar alta presión para mezclar e inyectar resina en un molde sellado al vacío previamente colocado con materiales reforzados con fibra y componentes preincrustados, y luego obtener productos de material compuesto a través del llenado, impregnación, curado y desmolde del flujo de resina. .Al reducir el tiempo de inyección, se espera controlar el tiempo de fabricación de componentes estructurales de aviación en decenas de minutos, logrando un alto contenido de fibra y una fabricación de piezas de alto rendimiento.
El proceso de conformado HP-RTM es uno de los procesos de conformado de materiales compuestos ampliamente utilizado en múltiples industrias.Sus ventajas radican en la posibilidad de lograr bajo costo, ciclo corto, producción en masa y producción de alta calidad (con buena calidad superficial) en comparación con los procesos RTM tradicionales.Es ampliamente utilizado en diversas industrias, como la fabricación de automóviles, la construcción naval, la fabricación de aviones, la maquinaria agrícola, el transporte ferroviario, la generación de energía eólica, los artículos deportivos, etc.
3. Tecnología de formación de materiales compuestos termoplásticos
En los últimos años, los materiales compuestos termoplásticos se han convertido en un punto de investigación en el campo de la fabricación de materiales compuestos tanto a nivel nacional como internacional, debido a sus ventajas de alta resistencia al impacto, alta tenacidad, alta tolerancia al daño y buena resistencia al calor.La soldadura con materiales compuestos termoplásticos puede reducir significativamente la cantidad de conexiones de remaches y pernos en las estructuras de las aeronaves, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la producción y reduce los costos de producción.Según Airframe Collins Aerospace, un proveedor de primera clase de estructuras de aviones, las estructuras termoplásticas soldables no prensadas en caliente tienen el potencial de acortar el ciclo de fabricación en un 80% en comparación con los componentes metálicos y compuestos termoendurecibles.
El uso de la cantidad más adecuada de materiales, la selección del proceso más económico, el uso de productos en las piezas apropiadas, el logro de objetivos de diseño predeterminados y el logro de la relación ideal entre rendimiento y costo de los productos siempre han sido la dirección. de esfuerzos para los profesionales de materiales compuestos.Creo que en el futuro se desarrollarán más procesos de moldeo para satisfacer las necesidades de diseño de producción.
Hora de publicación: 21-nov-2023
