Gevlochten preforms voldoen aan phase-change tooling

Fotocredit:onderzoekslaboratorium van de luchtmacht

In maart 2020 kondigde het Air Force Research Laboratory (AFRL; Dayton, Ohio, VS) aan dat de divisie Manufacturing and Industrial Technologies een samenwerking was aangegaan met Cornerstone Research Group (Dayton), A&P Technology (Cincinnati, Ohio, VS) en Spintech LLC (Xenia , Ohio, VS) over onderzoek om de voordelen te kwantificeren van het vervangen van verouderde productieprocessen door nieuwe processen voor de fabricage van een 11-voet lang, S-vormig motorinlaatkanaal voor onbemande vliegtuigsystemen. Een van de doelstellingen van het programma is inzicht te krijgen in de voordelen van onderdeelkosten en productietijd van de introductie van de nieuwe gereedschaps- en verwerkingsoplossingen.

Het inlaatkanaal - een hol buisvormig onderdeel van het vliegtuig dat zorgt voor een soepele luchtstroom in de vliegtuigmotor - werd eerder vervaardigd door een composiet prepreg met de hand aan te brengen op een meerdelige stalen doorn. De doorn en het materiaal zouden dan in een autoclaaf worden uitgehard.

In het nieuwe proces wordt droge koolstofvezel aangebracht, met behulp van het geautomatiseerde overvlechtproces van A&P Technology, op een doorn gemaakt van Spintech's Smart Tooling vormgeheugenpolymeer (SMP) gereedschap. De resulterende voorvorm is doordrenkt met goedkope epoxy door middel van vacuum-assisted resin transfer molding (RTM).

In het Smart Tooling-proces (zie onderstaande video of een demonstratie van het product hier), worden, zodra de droge koolstofvezel op het stijve polymeergereedschap is aangebracht, vacuümzakken rond de buitenkant en door het holle midden van het gereedschap geplaatst. Het onderdeel wordt in een oven geplaatst waar verwarmde hars onder druk wordt aangebracht en vervolgens uitgehard. Na het uitharden wordt het Smart Tooling-gereedschap op zijn elastische temperatuur gebracht, waarna het gemakkelijk uit het voltooide composietdeel kan worden gehaald, opnieuw kan worden gevormd en vervolgens kan worden afgekoeld om het materiaal weer te laten stollen voor hergebruik.

Vanwege de geometrische complexiteit van het inlaatkanaal, werden meerdere iteraties verwacht voor optimalisatie van de instellingen van het overvlechtproces om rimpels van composietmateriaal te minimaliseren, wat resulteerde in in totaal vier inlaatkanalen die kunnen worden vergeleken met de kosten en productietijd van het oude onderdeel. De QISO triaxiale vlecht van A&P was de dominante architectuur die in de preform werd gebruikt.

Het algemene doel van het programma is de levering van het laatste inlaatkanaal aan de Amerikaanse regering voor integratie in het ontwerp- en fabricageprogramma van het lucht- en ruimtevaartsysteem, waarbij de structuur verder wordt getest door de afdeling lucht- en ruimtevaartvoertuigen.