新しい市場を開くための複合材料の革新

同社の基盤は間違いなくフィラメントワインディングですが、CompoTechは、ピンベースのワインディング、オーバーワインディング、革新的な工具および材料の概念を介して、そのプロセスを新しいアプリケーションにプッシュしました。その結果、プロセスの流動性が高まり、たとえば、金属や3D印刷や独自のバージョンの自動ファイバーレイイング（AFL）などの製造方法を使用して、ハイブリダイゼーションによって新しいレベルのパフォーマンスを実現することがよくあります。

CompoTechは部品を製造していますチェコ共和国のスシツェにある施設（下）の産業用機器（真空グリッパーアセンブリ、左上）や農業用機器（スプレーブーム、右上）など、幅広い用途に対応します。出典：Bilsing Automation（グリッパー、左上）、Hardi International（スプレーブーム、右上）、CompoTech。

CompoTech（チェコ共和国スシツェ）は、1995年にOndrejUherとVitekSprdlikによって設立されました。現在は、それぞれ同社のR＆Dディレクターとテクニカルディレクターです。 「彼らはもともと、カヤックとカヌーのパドルシャフトを製造するためのフィラメントワインディングマシンを構築しました。これは、0°ファイバーの軸方向ワインディングの独自の技術を統合したものです」とCompoTechの事業開発ディレクターであるハンフリーカーターは説明します。 「これは現在、コアコンピテンシーです。この構造により、繊維の座屈に対する耐性が高く、より強く、より剛性の高い構造が生成されることを示しました。」

同社はまた、接続用の一体型複合フープを巻く機能も開発しました。これらは、ハンググライダースパーからドライブシャフトや産業用コンポーネントまでの部品に使用されています。 「CompoTechは機械と制御ソフトウェアを設計します」とCarter氏は言います。 「プロセスを完全に制御できるため、設計をより適切に最適化できます。私たちは、設計基準に合わせたプロセス技術を開発し、これを技術パートナーだけでなく、複合材の設計者や生産者も利用できるようにすることができます。たとえば、Southern Spars / North MarineGroupにテクノロジーのライセンスを供与しました。」

CompoTechはファイバーを巻きます構造を生成するためのピン（左）の周り
統合コネクタ付き（右）。出典：CompoTech

工作機械の設計

現在、同社は約50人を雇用しており、そのほぼ半分が設計とエンジニアリングに従事しています。また、プラハのチェコ工科大学（CTU）や、西ボヘミア大学（チェコ共和国、ピルゼン）とも強いつながりがあります。 CompoTechは、農業用噴霧装置用のブーム、ウインドブレードチップ用のシャフト、自転車のフレームとホイール、自動車アセンブリグリッパー用のチューブとフレーム、レーザーカッターとCNCマシン用の軽量ガントリーコンポーネントなど、幅広いアプリケーション向けの複合ソリューションを開発しました。

「チェコ共和国で普及しているため、2000年代初頭から、産業および工作機械の分野で働いてきました」とカーター氏は説明します。 「これは、複合材料を知らない非常に保守的な業界です。したがって、私たちは工作機械の展示会に行き、それらを教育します。」その業界は、加速部品やフライス盤などの切削面からの振動が加工精度と工具寿命の低下を引き起こすことをすでに知っています。 CompoTechは、切削工具の高調波（質量、剛性、および加えられた荷重/力に基づく振動）が、パフォーマンスと生産性の制限要因になることが多いと説明しています。炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を機械や工具ホルダーの構造に使用して、鋼と比較して質量を減らし、剛性を高めることができることはあまり知られていません。 CompoTechは、ピッチファイバーを使用して、それぞれ25％の軽量化と200％の剛性の向上（一方向ファイバーで400 GPaを達成）を報告しています。これらは、構造物の固有振動数を増やし、共振を防ぐための2つの主な方法です。これは、構造がそれ自体で振動するときであり、すでに振動しやすい回転部品や可変速機械の問題を悪化させます。

CompoTechはCFRPを使用しています振動を防ぐために、重量を減らし、剛性と制振を高めるための追加の制振材。彼らの技術はまた、工作機械のドリフトを減らし、加工性能と生産性を向上させます。出典：CompoTech

「CFRPに当社のプロセスを使用すると、熱応力の発生が少ないため、オートクレーブ処理された複合材料に比べて工作機械のドリフトも減少します」とカーター氏は付け加えます。 「ツールホルダーは多くの場合、長くて細い梁であり、設計や材料の構成に応じて、時間の経過とともに変化する可能性があります。これはツールの関係位置に影響を与え、その精度を低下させます。」

減衰に関しては、CompoTechは繊維とポリマーの複合材料の固有の特性を超えて、他の材料の包含を開拓し、鋼の12〜20倍の減衰を提供し、振動に直接対抗し、その減衰を加速するように作用します（上のグラフを参照）。 「私たちは10年以上の経験があり、望ましい特性と性能を達成するために減衰複合材料を設計しています」とカーター氏は言います。一例として、新しいワークチャックの設計があります。これにより、スチールチャックに比べて必要なクランプ力が大幅に少なくなります。もう1つは、機械加工が難しいインコネル718合金で作られた航空機エンジン低圧タービン（LPT）ケーシングを回転させるための改造された固定具です。 EUが資金提供するINTEFIXプロジェクトを通じて開発されたCompoTechは、フィクスチャのロケーターとして使用される金属リングに代わるCFRPリングを開発しました。その結果、ワークピースの動作と加工性能を向上させながら、剛性や機能を損なうことはありませんでした。事実上、フィクスチャはインテリジェントになり、プロセス中に必要に応じてワークピースのクランプを調整できるようになりました。

CompoTechが開発しました、CTU、KIMM、Samyang Reduction Gearとのコラボレーションにより、電気自動車のハイブリッド金属/複合ギアボックスとギアシャフトにより、重量と騒音が軽減されます。出典：CompoTech

CompoTechはまた、電気自動車のハイブリッド金属/複合ギアボックスの開発を続けており、質量を25％削減し、固有振動数と減衰を増やすことで騒音を低減することを目指しています。このプロジェクト（2016年から2019年10月）は、プラハのチェコ工科大学（CTU）、韓国機械材料研究所（KIMM、大田、韓国）、Samyang Reduction Gear Co. Ltd.（韓国、インチン）と共同で行っています。ギアボックスの本体は、ベアリング面用の金属インサートと複合されます。 CompoTechは、ギアシャフトだけでなく、上部と下部のギアボックスケースを設計および製造しました。すべてが接着剤で結合された複数の部品で構成されています。 CTUはテストとFE分析を提供し、プロジェクトの韓国のパートナーは技術仕様を提供し、ギアボックスの仕上げ、組み立て、テストを行います。

CompoTechが開発しました従来のバルクヘッドリブ、プリプレグ、接着剤による接着の代わりに、フィラメントワインディングと縦リブを使用した一体型エルロンにより、特に後縁で軽量で層間剥離に強い構造になっています。
出典：Ginger Gardiner、JEC2019のCW

耐剥離性エルロン

カーター氏は、工作機械用に実行されるR＆D CompoTechの多くは、Aero Vodochody AEROSPACE（チェコ共和国、オドレナボダ）L-39NGジェットトレーナーのエルロンなどの新しいアプリケーションに適用されると説明しています。 「これは要求の厳しいアプリケーションであり、後縁に非常に高い圧力がかかります」と彼は言います。飛行負荷に加えて、航空機の武装バージョンは、翼に取り付けられたロケットが発射されるときに圧力波を経験します。 「従来の複合構造では、エルロンの後縁に層間剥離がありました」とカーター氏は述べています。 「すべての接着剤による接着を排除し、代わりに湿式フィラメントワインディングと共硬化を使用して一体構造を作成しました。設計とプロセスのステップの開発に数か月を費やしました。まず、ロボット支援ワインダーを使用して、エルロン桁を形成する4つのボックスビームをフィラメントワインディングします。これらは台形で、前縁と後縁がD字型になっています。」後縁には、より空力的な表面を作成するために別の部品が配置されています。

「次に、これらすべてのパーツをマンドレルで結合し、風上に向けて、縦方向のリブの上に外面を作成します」とカーター氏は続けます。構造全体が真空バッグに入れられ、室温で90°Cで後硬化されて硬化されます。

このプロジェクトは、プロセス技術と設計を開発する顧客とどのように協力するかを示す良い例です。私たちの考えは、エルロンやその他の部品を大量生産することではありません。私たちは機械を製造し、お客様は部品を巻き上げます。」エルロンは現在飛行中であり、AeroVodochodyにはL-39NGジェット練習機の注文に対して4年間のバックログがあります。

一般に、CompoTechの湿式巻線プロセスは精度に基づいたものであり、基本的にはその場でトウプレグを作成します。 「私たちは主にエポキシ樹脂と100°Cの硬化を使用しています」とカーターは言います。 「石油およびガス産業で使用するために製造したダウンホールツールなど、より高いTgを必要とするアプリケーションの場合、140°Cで硬化できます。」

3Dの例高い軸方向剛性、厚くて複雑な断面部品のためのセルラー複合材料。出典：CompoTech

新しいプロセス

3Dセルラーコンポジット（3Dc）は、3次元補強を備えたコンポジットを製造する一連のプロセスのCompoTechの名前です。細胞の外観を備えた断面をもたらすこの構造は、細胞壁を形成するy方向およびz方向の繊維と相互接続されたx方向の高い軸方向繊維含有量を実現します。このプロセスは、非常に高い軸方向剛性を必要とする厚い部品用に作成されました」とカーター氏は言います。その剛性は、非常に高い0°（軸方向）繊維含有量によって作成されます。セル壁はまた、セル壁を介してセクション全体にせん断荷重を伝達し、上記のTスロットなどのより興味深いセクションを実現できます。

同社はまた、3D印刷のマンドレルであり、より厚いラミネートなしでねじれと固有振動数の要件を満たすことをサポートしています。 「これはCTUと連携する別のプロジェクトです。ここでは、構造の自動内部設計を開発しています」とカーター氏は言います。彼は、熱可塑性複合巻線が大幅に普及していると述べています。 「これが私たちの次のステップです。熱可塑性プラスチックの巻き取りと3D印刷を組み合わせ、折り畳みを使用して、複合材料や工作機械の構造用の革新的な成形ツールを作成します。」

CompoTechはハイブリッド化を使用機械の精度と速度を向上させる剛性のある軽量のCFRPガントリー構造を作成するプロセス。出典：CompoTech、EagleLaser。