Fraunhofer IPTは、熱可塑性CFRPエンジンファンブレードの製造を自動化します

ただし、これらの研究者はエポキシ樹脂ベースの材料ではなく、炭素繊維強化熱可塑性プラスチックに依存しています。 。これらの材料は、すでに数十年にわたって飛行構造物に使用されており、優れた衝撃挙動と組み合わされた優れた軽量構造特性を備えており、自動化された方法で迅速かつ柔軟に処理できます。熱可塑性であるため、硬化するために化学的架橋を必要とせず、制御された冷却中に溶融するための加熱と固化するための圧力のみを必要とします。また、再加熱して形を変えることもできます。

したがって、熱可塑性複合材料は効率的な製造プロセスにはるかに適していると、Dr.-Ingは説明します。 FraunhoferIPTの繊維複合材およびレーザーシステム技術部門の責任者であるHenningJanssen氏。いくつかのテストシリーズで、彼のチームは、ファンブレードの製造にこのような2つのプロセスを組み合わせることに初めて成功しました。完全に自動化されたテープの敷設と成形です。

柔軟なプロセスチェーン：自動テープ敷設および熱成形

完全に自動化されたテープ敷設システムにより、ライセンスに基づいて商品化されたFraunhofer IPTの独自開発により、一方向（UD）強化熱可塑性テープが次のように重ねられます。構造に必要な荷重の方向。このようにして、多層で弾力性があり柔軟なパネル、いわゆる有機シートが作成されます。研究者は、さまざまなセンサーを使用して完全に自動化されたプロセスのすべてのステップを監視および文書化します。このようにして、彼らはプロセス中に生産の「ブラックボックス」を調べ、各有機シートにいわゆる「デジタルシャドウ」を作成することができます。この実際の有機シートの虚像により、品質の偏差を早期に特定し、適切な対策を講じることができます。

完成した有機シートは次の製造ステップで加熱され、熱成形プロセスでほぼ正味の形状に成形されます。以前の一連のテストでは、プロセスは最初にPA12と炭素繊維で作られた16ミリメートルの厚さの布で補強された有機シートでテストされ、まもなくPEEKと炭素繊維テープで作られた有機シートに移されます。

FRPコンポーネントをフライス盤するための一連のテスト

熱成形後、成形された有機シートのエッジがトリミングされ、最終的な形状に粉砕されます。材料構造が不均一であるため、FRPのフライス盤は非常に困難です。また、炭素繊維はフライス盤の刃先に非常に研磨効果があるため、工具の摩耗が激しく、加工品質が変動します。

工具寿命を延ばす1つの可能性は、多結晶ダイヤモンド（PCD）でコーティングされたフライス工具を使用することです。 CFRPブレードを小規模に加工しようとしたところ、研究者たちはPCDコーティングされたフライス盤の耐用年数がコーティングされていない工具よりも大幅に長いことを発見しました。さらに、フライス盤戦略の個別に調整された設計は、加工品質にプラスの影響を及ぼしました。

さまざまな産業用アプリケーションのコンテキストでの実装

熱可塑性CFRP材料を使用した最初の結果は、有望です。「ブレードの製造と仕上げというリンクされた製造プロセスが機能することを示すことができました」と、 FraunhoferIPTのターボ機械ビジネスユニット。 「ラジアルブレード方向とブレードの前縁と後縁の間の両方で、非常に優れた表面品質を達成することができました。今、私たちは個々のプロセスをより綿密に調べて最適化する必要があります。」

研究プロジェクトは今後数か月間計画されており、新しいプロセスがさらに最適化され、さまざまな産業用アプリケーションのコンテキストで調査されます。アーヘンの科学者は、マトリックスとしての高性能熱可塑性PEEKの使用と、有機シート内でのセンサー技術の積層に特に関心を持っています。後者は、製造プロセスだけでなく、後でエンジンで使用する際のコンポーネントのステータスも監視できるようにします。プロセスチェーンを他のコンポーネント、たとえば固定子やナセルのコンポーネント、および航空業界以外のコンポーネントに適用することも求められています。 Fraunhofer IPTは、プロジェクトに参加したい関心のある企業を歓迎します。