カーボンファイバーはエアタクシーeVTOLを可能にします

このブログは、 WIRED の2019年1月の記事に対応しています。 カーボンファイバー複合製品の生産が、都市のモビリティおよびエアタクシー市場向けの電気自動車（EV）/垂直離着陸（VTOL）航空機の開発を妨げていると主張する雑誌。これについては議論しますが、破壊的な可能性のある新しいテクノロジーも提供するので、最後まで読んでください。

この急速に出現している業界をカバーし、製造可能性を念頭に置いて設計する必要性を指摘した著者を称賛しますが、おそらく彼は複合材料業界についてあまり教育を受けていないため、誤解を招くことがあります。例：

それは技術的には真実ですが、エアバスは 2019年半ばまでに月に60機のA320航空機に増加しています。 ボーイングは、同じく2019年にB737で月に57機に向かう途中です。これは、A320の場合、3機の高さ6.3 m を生産することを意味します。 炭素繊維強化プラスチック（CFRP）垂直尾翼アセンブリ 1日あたり また、3つの 12.45-m-span CFRP水平尾翼アセンブリ 1日あたり 。

A320航空機（上）およびPultrusion RTM（14）用のCFRP垂直尾翼を製造するためのFLEXMONT自動アセンブリcm / min）A350航空機の翼皮ストリンガー（下）を製造するため。出典：フラウンホーファーおよびCTCスタッド。

また、エアバスは、A320 Neo Plusと呼ばれるA320の次のイテレーションのために、次々とテクノロジーを認定してきました。その多くはコンポジットを使用しており、すべて月に60〜70機を対象としています。これらの複合材料技術は、樹脂トランスファー成形（RTM）、シート成形コンパウンドの圧縮成形（SMC）、熱可塑性複合材料（TPC）などのポートフォリオにまたがっており、サイクルタイムは年間700機以上になります。開発中の最新技術のいくつかは、CFRP部品のサイクルタイムを4時間から15分以下に短縮しています。エアバスが認定した新しいテクノロジーのほとんどは、新しい組み立て方法と同様に、大幅に自動化されています。

自動車業界はまた、eVTOLが必要とするよりも大量生産への道を開いています（ WIRED 2035年までに23,000台の車両の予測需要を引用）。 BMWは i3 の生産を増やしています および i8 モデル–両方ともすべてCFRPパッセンジャーセルを備えています– 130から200ユニット/日 アウディのサプライヤーであるフォイトコンポジットは、A8用のCFRPリアウォールを 150-300ユニット/日の速度で製造しています。 。 BMW i3 および i8 モジュールは、エアバスヘリコプターEC 135の以下に示す機体と非常によく似ています。どちらのメーカーも、外部コンポーネントと内部コンポーネントをこのフレームに固定します。

BMWi3およびi8のボディフレームはエアバスヘリコプターEC135のそれと非常に似ています。
出典： 最先端のクラスターのマイルストーン–レビューと将来の展望、MAIカーボン、36〜7ページ（上）、BMWとエアバスヘリコプター（下）。

一方、アウディ A8 後壁は、RTMとドライカーボンファイバーテープの自動配置を使用して5分のサイクルタイムで作成され、特定の負荷に合わせて長さとファイバーの向きを調整し、6プライ（厚さ1.5 mm）のベースから最大19層（厚さ3.7 mm）で、高点荷重に対応するために局所的な補強が追加されています。この単一の部品は、3〜5個の溶接アルミニウム部品のアセンブリと比較して、重量の50％でドライブセルのねじり剛性の33％を提供します。

2019アウディA8は、カーボンファイバーテープから5分で作られたCFRPリアウォールを備えています。出典：Audi and VoithComposites。

熱可塑性プラスチック

しかし、これらの例は、2019年第2四半期までに発表される予定のボーイングの新しい中型航空機（NMA）の選択肢として支持されている熱可塑性技術を活用していません。熱可塑性部品は、開発が続けられている間、1990年代から航空機で飛行しています。 、AirbusとヨーロッパのTier 1サプライヤーが、これまでになく大きな翼と胴体のセクション（統合された補強材を使用）のプロトタイプを作成し、今年はフルサイズの胴体デモンストレーターに拡大しました。熱可塑性複合材料も溶接を可能にし、留め具と組み立てを排除するさらなる機会を与えることに注意してください。

自動ダイナミクス、現在はトレルボルググループの一部は、2012年に、このフルサイズの一体的に補強されたCF / PEEKヘリコプターテールブームを、自動ファイバー配置中の現場での統合を使用して製造し、長いオートクレーブサイクル、ファスナー、接着剤を排除しました。
出典：Automated Dynamics、Trelleborg

TPCの材料と処理のサプライチェーンは、過去3年間で急速に融合し、主要な炭素繊維サプライヤーはすべて、航空宇宙および自動車用途の両方で複数の企業によって実証された熱可塑性テープと低サイクル時間のオーバーモールド部品を製造しています。熱可塑性溶着も複数の企業によって実証されています。

「複合材料のイネーブラーとしてのオーバーモールディング、航空宇宙から自動車へ」からの抜粋、複合材料製造業者CCPGransdenのScottKingへのインタビュー：

CCP Gransdenは、ワンステップの熱成形および熱可塑性複合材料のオーバーモールド技術を改良し、さまざまなポリマーと繊維を使用して、通常2分未満のサイクルタイムで軽量で複雑なコンポーネントを製造しました。出典：CCP Gransden

最新の技術

しかし、テクノロジーは2014年から進歩し、現在いくつかの興味深い開発が含まれています。

熱可塑性樹脂でオーバーモールドされた熱硬化性樹脂

AZLアーヘンでのOPTO-Lightプロジェクトは、炭素繊維/ エポキシにオーバーモールドされた熱可塑性複合材（TPC）のリブとクリップを示しました。 複合部品。

オーバーモールディング+ UD荷重伝達引抜成形

MAI Skelettプロジェクトは、すべてのBMW i3 を超える構造屋根部材/フロントガラスフレームを製造するために、2ステップ75秒のプロセスでオーバーモールドされたTPC引抜成形を実証しました。 アタッチメントとクリップを統合する際の部品要件、および衝突挙動を脆性から延性破壊モードに変更して、BIWの残留強度を向上させます。

プロジェクトパートナーのSGLカーボンは、PPまたはPA6ファミリーを使用した単一マトリックスソリューションに適したサイジングをカーボンファイバーに提供します。これには、引抜成形、有機シート、オーバーモールディングコンパウンド、および部品開発の設計とプロセスの専門知識が含まれます。後者は、軽量アプリケーションセンター（LAC、マイティンゲン、ドイツ）。

BMWの新しい特許取得済み、高精度の固定システムは、射出成形またはオーバーモールドされたクリップ（下）と3Dプリントされたボール（上）を使用し、留め具、ドリル穴、接着剤は使用していません。下の画像は、このシステムにより、2019 MINI YoursCustomizedプログラムの一部としてカスタム3Dプリントのインテリアトリムを「スナップオン」する方法を示しています。

出典：特許DE 10 2013 214 269 B3（上）
https://www.youtube.com/watch?v=1pyxNKw-nf8（下）

WIRED に戻る 記事とその情報に基づいていない主張：

このCFRP製造方法が長年使用されてきたことは事実ですが、航空機メーカーと自動車メーカーの両方が、より自動化されたほぼゼロの廃棄物とプロセス、および留め具をなくし、リサイクル可能性/リサイクルされたコンテンツと修理可能性を可能にします。

結局、 WIRED eVTOLのパイオニアであるICONは、CFRP機体を前進させるだけでなく、大型航空機用の部品も製造する予定であるため、著者は彼の論文全体と矛盾しています。炭素繊維は明らかにeVTOLSを接地するつもりはありませんが、その代わりに、空中および道路の両方で、将来の幅広い車両の巧妙なエンジニアリングを推進する企業ですでに重要な役割を果たしています。いずれにせよ、これらの新しい車両はすべて認定を受ける必要があるため、最新のテクノロジーを使用することは理にかなっています。

1つの重要なポイントは BetaTechnologiesのCEOであるKyleClarkによる記事で作成：

Blue ForceTechnologiesのCEOであるScottBledsoeは、空気力学、推進力、スタイリング、構造、製造の重要性も強調しました。 それぞれが等しい座席を持つチーム 設計と開発の各ステップの間にテーブルで。

しかし、おそらく最も重要なことは、複合材料の製造がどこに向かっているのかを常に把握し、専門知識を共有して将来のアプリケーションの開発を支援したい多くの材料、機器、技術のサプライヤーとつながることです。 CompositesWorld までご連絡ください それが私たちの仕事だからです—技術的で信頼できる接続と情報を提供します。