ข่าว

พึ่งพาวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เทอร์โมเซ็ตมาเป็นเวลานานเพื่อสร้างชิ้นส่วนโครงสร้างคอมโพสิตที่แข็งแกร่งมากสำหรับเครื่องบิน ปัจจุบัน OEM ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศกำลังหันมาใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์อีกประเภทหนึ่ง เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสัญญาว่าจะผลิตชิ้นส่วนที่ไม่ใช่เทอร์โมเซตใหม่โดยอัตโนมัติในปริมาณมาก ต้นทุนต่ำ และ น้ำหนักเบา

Stephane Dion รองประธานฝ่ายวิศวกรรมของหน่วย Advanced Structures ของ Collins Aerospace กล่าวว่า ในขณะที่วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์ “มีมานานแล้ว” ผู้ผลิตการบินและอวกาศเท่านั้นที่สามารถพิจารณาการใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน รวมถึงส่วนประกอบโครงสร้างหลัก

คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์อาจมีข้อดีหลายประการแก่ OEM ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศมากกว่าคอมโพสิตเทอร์โมเซต แต่จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ผู้ผลิตไม่สามารถผลิตชิ้นส่วนจากคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกได้ในอัตราที่สูงและต้นทุนต่ำ เขากล่าว

ในช่วงห้าปีที่ผ่านมา OEMs ได้เริ่มมองข้ามการผลิตชิ้นส่วนจากวัสดุเทอร์โมเซ็ต เนื่องจากสถานะของวิทยาศาสตร์การผลิตชิ้นส่วนคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ได้รับการพัฒนา โดยเริ่มแรกใช้เทคนิคการแช่เรซินและการถ่ายโอนเรซิน (RTM) ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน จากนั้น เพื่อใช้เทอร์โมพลาสติกคอมโพสิต

GKN Aerospace ได้ลงทุนอย่างมากในการพัฒนาเทคโนโลยีการเติมเรซินและเทคโนโลยี RTM สำหรับการผลิตส่วนประกอบโครงสร้างเครื่องบินขนาดใหญ่ในราคาที่เอื้อมถึงในอัตราที่สูง ปัจจุบัน GKN ผลิตสปาร์ปีกแบบประกอบชิ้นเดียวยาว 17 เมตรโดยใช้การผลิตเรซินผสม ตามที่ Max Brown รองประธานฝ่ายเทคโนโลยีสำหรับโครงการริเริ่มเทคโนโลยีขั้นสูง Horizon 3 ของ GKN Aerospace กล่าว

การลงทุนด้านการผลิตคอมโพสิตจำนวนมากของ OEM ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมายังรวมถึงการใช้จ่ายเชิงกลยุทธ์ในการพัฒนาขีดความสามารถเพื่อให้สามารถผลิตชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกในปริมาณมาก ตามที่ Dion กล่าว

ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดระหว่างเทอร์โมเซ็ตและวัสดุเทอร์โมพลาสติกก็คือ วัสดุเทอร์โมเซ็ตจะต้องเก็บไว้ในห้องเย็นก่อนที่จะขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วน และเมื่อขึ้นรูปแล้ว ส่วนของเทอร์โมเซ็ตจะต้องผ่านการบ่มเป็นเวลาหลายชั่วโมงในหม้อนึ่งความดัน กระบวนการนี้ต้องใช้พลังงานและเวลาอย่างมาก ดังนั้นต้นทุนการผลิตชิ้นส่วนเทอร์โมเซตจึงมีแนวโน้มที่จะยังคงสูงอยู่

การบ่มจะเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุลของเทอร์โมเซ็ตคอมโพสิตอย่างถาวร ทำให้ชิ้นส่วนมีความแข็งแรง อย่างไรก็ตาม ในขั้นตอนปัจจุบันของการพัฒนาทางเทคโนโลยี การบ่มยังทำให้วัสดุในส่วนไม่เหมาะสมสำหรับการนำกลับมาใช้ใหม่ในส่วนประกอบโครงสร้างหลัก

อย่างไรก็ตาม วัสดุเทอร์โมพลาสติกไม่จำเป็นต้องเก็บในตู้เย็นหรืออบเมื่อทำเป็นชิ้นส่วน ตามข้อมูลของ Dion พวกเขาสามารถประทับลงในรูปร่างสุดท้ายของชิ้นส่วนที่เรียบง่าย—วงเล็บทุกอันสำหรับโครงลำตัวใน Airbus A350 นั้นเป็นชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิต—หรือเข้าสู่ขั้นตอนกลางของส่วนประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น

วัสดุเทอร์โมพลาสติกสามารถเชื่อมเข้าด้วยกันได้หลายวิธี ทำให้ชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและมีรูปร่างสูงสามารถสร้างจากโครงสร้างย่อยที่เรียบง่ายได้ ปัจจุบันการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำส่วนใหญ่จะใช้ ซึ่งอนุญาตให้เฉพาะชิ้นส่วนแบนที่มีความหนาคงที่เท่านั้นที่จะทำจากชิ้นส่วนย่อย ตามข้อมูลของ Dion อย่างไรก็ตาม Collins กำลังพัฒนาเทคนิคการเชื่อมด้วยการสั่นสะเทือนและแรงเสียดทานสำหรับการเชื่อมชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติก ซึ่งเมื่อได้รับการรับรองแล้ว คาดว่าจะสามารถผลิต "โครงสร้างที่ซับซ้อนขั้นสูงอย่างแท้จริง" ได้ในที่สุด

ความสามารถในการเชื่อมวัสดุเทอร์โมพลาสติกเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนช่วยให้ผู้ผลิตไม่จำเป็นต้องใช้สกรูโลหะ ตัวยึด และบานพับที่ชิ้นส่วนเทอร์โมเซ็ตต้องใช้ในการเชื่อมและพับ ดังนั้นจึงสร้างประโยชน์ในการลดน้ำหนักได้ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ Brown ประมาณการ

อย่างไรก็ตาม คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกสามารถเกาะติดกับโลหะได้ดีกว่าเทอร์โมเซตคอมโพสิต ตามที่ Brown กล่าว ในขณะที่การวิจัยและพัฒนาทางอุตสาหกรรมมุ่งเป้าไปที่การพัฒนาการใช้งานจริงสำหรับคุณสมบัติเทอร์โมพลาสติกนั้น "ยังอยู่ในระดับความพร้อมทางเทคโนโลยีในช่วงต้น" แต่ในที่สุดวิศวกรด้านการบินและอวกาศอาจออกแบบส่วนประกอบที่มีโครงสร้างบูรณาการระหว่างเทอร์โมพลาสติกและโลหะแบบไฮบริดได้

การใช้งานที่เป็นไปได้อย่างหนึ่งอาจเป็น เช่น ที่นั่งผู้โดยสารของสายการบินน้ำหนักเบาชิ้นเดียวที่มีวงจรโลหะทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับอินเทอร์เฟซที่ผู้โดยสารใช้เพื่อเลือกและควบคุมตัวเลือกความบันเทิงบนเครื่องบิน ไฟส่องสว่างที่นั่ง พัดลมเหนือศีรษะ , การปรับเอนเบาะนั่งแบบควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์, ความทึบของม่านบังแดด และฟังก์ชันอื่นๆ

ซึ่งแตกต่างจากวัสดุเทอร์โมเซ็ตซึ่งจำเป็นต้องบ่มเพื่อสร้างความแข็ง ความแข็งแรง และรูปร่างที่ต้องการจากชิ้นส่วนที่ผลิต โครงสร้างโมเลกุลของวัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อถูกสร้างเป็นชิ้นส่วน ตามข้อมูลของ Dion

ผลที่ได้คือ วัสดุเทอร์โมพลาสติกมีความทนทานต่อการแตกหักเมื่อกระแทกได้ดีกว่าวัสดุเทอร์โมเซตมาก ขณะเดียวกันก็มีความเหนียวและความแข็งแรงของโครงสร้างที่ใกล้เคียงกัน (แต่ไม่แข็งแรงกว่า) “ดังนั้นคุณจึงสามารถออกแบบ [ชิ้นส่วน] ให้มีเกจที่บางลงได้” Dion กล่าว ซึ่งหมายความว่าชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกมีน้ำหนักน้อยกว่าชิ้นส่วนเทอร์โมเซ็ตใดๆ ที่พวกเขาเปลี่ยน แม้จะนอกเหนือจากการลดน้ำหนักเพิ่มเติมอันเป็นผลจากข้อเท็จจริงที่ว่าชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกไม่จำเป็นต้องใช้สกรูหรือตัวยึดโลหะ .

การรีไซเคิลชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกควรพิสูจน์ว่าเป็นกระบวนการที่ง่ายกว่าการรีไซเคิลชิ้นส่วนเทอร์โมเซ็ต ด้วยสถานะทางเทคโนโลยีปัจจุบัน (และในอนาคตข้างหน้า) การเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในโครงสร้างโมเลกุลที่เกิดจากการบ่มวัสดุเทอร์โมเซ็ต ทำให้ไม่สามารถใช้วัสดุรีไซเคิลเพื่อสร้างชิ้นส่วนใหม่ที่มีความแข็งแรงเท่ากัน

การรีไซเคิลชิ้นส่วนเทอร์โมเซ็ตเกี่ยวข้องกับการบดเส้นใยคาร์บอนในวัสดุให้มีความยาวเพียงเล็กน้อย และเผาส่วนผสมของเส้นใยและเรซินก่อนที่จะนำไปแปรรูปอีกครั้ง วัสดุที่ได้รับสำหรับการแปรรูปใหม่นั้นมีโครงสร้างที่อ่อนแอกว่าวัสดุเทอร์โมเซตที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนรีไซเคิล ดังนั้นการรีไซเคิลชิ้นส่วนเทอร์โมเซ็ตให้เป็นชิ้นใหม่มักจะเปลี่ยน "โครงสร้างรองให้กลายเป็นโครงสร้างระดับอุดมศึกษา" บราวน์กล่าว

ในทางกลับกัน เนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลของชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกไม่เปลี่ยนแปลงในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนและการประกอบชิ้นส่วน จึงสามารถหลอมพวกมันให้กลายเป็นของเหลวและนำไปแปรรูปเป็นชิ้นส่วนที่แข็งแกร่งเท่ากับของดั้งเดิม ตามที่ Dion กล่าว

นักออกแบบเครื่องบินสามารถเลือกวัสดุเทอร์โมพลาสติกต่างๆ มากมายให้เลือกในการออกแบบและผลิตชิ้นส่วน “มีเรซินหลายประเภท” ซึ่งสามารถฝังเส้นใยคาร์บอนหนึ่งมิติหรือทอสองมิติได้ ทำให้เกิดคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกัน Dion กล่าว “เรซินที่น่าตื่นเต้นที่สุดคือเรซินที่ละลายต่ำ” ซึ่งหลอมละลายที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ จึงสามารถขึ้นรูปและขึ้นรูปได้ที่อุณหภูมิต่ำลง

เทอร์โมพลาสติกประเภทต่างๆ ยังมีคุณสมบัติความแข็งที่แตกต่างกัน (สูง ปานกลาง และต่ำ) และคุณภาพโดยรวม ตามที่ Dion กล่าว เรซินคุณภาพสูงสุดมีราคามากที่สุด และความสามารถในการจ่ายได้แสดงถึงจุดอ่อนของเทอร์โมพลาสติกเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเทอร์โมเซ็ต โดยทั่วไปแล้ว จะมีราคาสูงกว่าเทอร์โมเซ็ต และผู้ผลิตเครื่องบินจะต้องพิจารณาข้อเท็จจริงดังกล่าวในการคำนวณการออกแบบต้นทุน/ผลประโยชน์ของตน บราวน์กล่าว

ด้วยเหตุผลดังกล่าว ส่วนหนึ่ง GKN Aerospace และบริษัทอื่นๆ จะยังคงมุ่งเน้นไปที่วัสดุเทอร์โมเซตเป็นส่วนใหญ่เมื่อผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่สำหรับเครื่องบิน พวกเขาใช้วัสดุเทอร์โมพลาสติกกันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดเล็ก เช่น ส่วนห้าส่วน หางเสือ และสปอยเลอร์ อย่างไรก็ตาม ในไม่ช้า เมื่อการผลิตชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกน้ำหนักเบาที่มีปริมาณสูงและต้นทุนต่ำกลายเป็นเรื่องปกติ ผู้ผลิตจะใช้ชิ้นส่วนเหล่านี้อย่างกว้างขวางมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตลาด eVTOL UAM ที่กำลังขยายตัว Dion กล่าวสรุป

มาจากอินออนไลน์