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自动化生产泡沫芯材,实现航空飞机零件批量生产

来源:国际复材技术商情     发布时间:2020-09-09
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一项可行性研究证明,使用赢创泡沫芯和自动化制造提高了生产能力。


飞机工业使用碳纤维/环氧预浸料和蜂窝芯用于各种复杂的结构部件,如机翼访问面板;机翼襟翼轨迹和机身腹部整流罩;前缘和后缘零件;还有扰流板、副翼、小翼和起落架舱门。


然而,根据Evonik资源效率公司的说法,这些零件的生产无法跟上飞机原始设备制造商寻求提高生产率的市场需求。这个问题有两个方面:耗时的手工铺装过程,以及使用传统的蜂窝芯夹层复合材料所带来的生产瓶颈。


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蜂窝芯的开孔结构要求使用灌封材料密封芯边,并要求使用粘合剂薄膜将芯材粘接在层压板上。一个耗时的两步固化过程也需要模塑一个蜂窝芯层压板。


作为解决方案,Evonik一直在与技术合作伙伴研究使用自动纤维放置(AFP)和自动辅带放置(ATL)工艺高速生产飞机夹层结构部件的可行性,并将ROHACELLHERO聚甲基丙烯酰胺(PMI)结构泡沫作为蜂窝芯的替代品。


ROHACELLHERO是一种刚性、封闭式、结构发泡核心材料,于2013年首次推出,目前某些等级已成为空客AIMS(空中客车工业材料规范)04-11-011合格飞机核心材料。Evonik表示,ROHACELLHERO的高抗压强度,使这种材料能够在真空机器人手臂的搬运过程中应对压实;闭孔泡沫材料也消除了额外的成型和灌封步骤,造成工艺瓶颈与蜂窝。


在一项于2019年完成的可行性研究中,Evonik与德国航空航天国家研究中心,以及空客子公司复合技术中心(CTC,Stade)合作,后者专门从事复合加工技术。


这项研究基于CTC先前2014年项目的发现,该项目研究了Dornier728机头起落架舱门部件的高压灭菌器(OOA)手工叠层生产的材料选择,并发现赢创的PMI泡沫芯夹在中间与碳纤维/环氧树脂预浸料和蜂窝芯设计相比,碳纤维/环氧树脂面皮的生产成本降低了25%,重量减轻了19%。2019年的研究着眼于自动构建Dornier728零件以进行大批量生产。


在这项新的研究中,碳纤维/环氧预浸料夹芯件的预成型生产试验在DLR的EVo工厂成功进行,该工厂是一条高度灵活的全自动生产线。EVo工厂配备了传统的真空夹持机器人手臂,用于处理切割尺寸的玻璃纤维和碳纤维织物、磁带、雷击保护网和泡沫芯。


根据Evonik的研究结果,同样零件的模具使用时间比手工生产少65%。对于飞机零部件制造商来说,这有效地提高了产能,提供了零部件产量,而Evonik表示,使用相同的工装,蜂窝芯无法实现的产量。


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EVo工厂机器人放置试验证明,利用自动化生产,使用ROHACELLHERO作为夹层泡沫芯材料,而不是同等等级的蜂窝芯,可以显著减少制造Dornier728前起落架舱门所需的总体生产步骤和时间。还是一个额外的成本效益是EVo目前的自动化设备,需要适应处理蜂窝核心,不需要适应支持ROHACELL泡沫核心部分。Evonik说,基于德国HalleFraunhoferIWM研究所的机械性能,ROHACELLHERO还提供了与同等飞机结构等级蜂窝芯相同水平的抗损伤能力和视觉检测可检测性。


Evonik的目标是将这些工艺和材料用于大批量飞机部件的生产。


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