Ontwikkeling van composiet isogrid-structuren met behulp van innovatieve depositietechnologie

Machinebouwer COMEC (Chieti, Italië), heeft met de steun van de composieten R&D-organisatie CETMA (Brindisi, Italië), composiet isogrid-structuren gebouwd met behulp van een innovatieve depositietechnologie. Dit werd ontwikkeld binnen het onderzoeksproject getiteld "Studie van innovatieve product- en procesoplossingen op basis van het industriële gebruik van geavanceerde materialen ” gefinancierd door de regio Abruzzo in Italië als onderdeel van de “POR FESR Abruzzo 2014-2020” programma.

Isogrid-structuren worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen en configuraties. Deze structuren bestaan ​​typisch uit een buitenste dunne huid die integraal is verbonden met een versterkend rooster. De herhaling van versterkende elementen zorgt voor een efficiënte verdeling van belastingen, waardoor het minder gevoelig is voor schade door impact, delaminatie en de verspreiding van defecten. Wanneer het rooster een driehoekig patroon heeft, heeft het een mechanisch gedrag dat vergelijkbaar is met dat van een isotroop materiaal. Het ontwerp van een isogrid-structuur vereist een hybride mal bestaande uit een extern aluminium onderdeel en een interne Teflon-mal met de afdruk van de isogrid-structuur waarop de afzetting van de nog niet geconsolideerde sleeppregmaterialen kan worden uitgevoerd. De hybride mal is nodig om een ​​optimale verdichting van de sleeppreg-lay-up te hebben — door gebruik te maken van de verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten (CTE) van teflon, terwijl tegelijkertijd een stijve externe aluminium insluitingsstructuur wordt geboden.

De depositietechnologie, ontwikkeld door COMEC, bestaat hoofdzakelijk uit twee elementen, een zesassige robot en een sleeppreg-depositiekop. De oplossing omvat het gebruik van een antropomorfe robot met zes vrijheidsgraden, drie toegewezen aan de arm voor positioneringsoperaties van het depositiehoofd verbonden met de pols en drie toegewezen aan de pols zelf voor de oriëntatie van het hoofd. De voorgestelde technologische oplossing voor de depositiekop voert een droge kabel in, die vervolgens wordt geïmpregneerd met hars via een in-line systeem. De impregnering vindt plaats in de depositiekop, door een eenheid te integreren die ervoor zorgt dat de vezels ter plaatse nat worden met de hars. Het in-line impregnatiesysteem verlaagt de kosten - het halffabrikaat kost meer dan de droge wapening die hier wordt gebruikt, en vereist ook bevroren/koude opslag, niet vereist voor droge vezelmaterialen.

Het uiteinde van de depositiekop is het laatste gebied waar de sleep doorheen gaat vóór de depositie. De sleep uit het depositieoog wordt geïmpregneerd en afgezet op het oppervlak van de hybride isogrid-mal. Om een ​​goede verdichting van de composietlagen te garanderen, wordt een rol gebruikt om de juiste druk uit te oefenen op de nieuw geïmpregneerde en geplaatste kabel.

Na het deponeren van sleeppreglagen in de teflon-matrijs, voerde CETMA het consolidatieproces uit met behulp van de externe aluminium mal in een hete pers. De polymerisatiecyclus hangt af van de hars die voor de sleeppreg wordt gebruikt. In dit geval is de hars epoxy en vereist de volledige polymerisatie een temperatuur van 120°C.

Isogrid-structuren gemaakt met composieten vormen een potentieel aantrekkelijk alternatief voor sandwichstructuren die worden gebruikt in vijandige omgevingen. Hun flexibele configuratie maakt hoogwaardige toepassingen in verschillende industrieën mogelijk. Dankzij de veelzijdigheid van de door COMEC ontwikkelde impregneermachine, die met vrijwel elke vezel/matrix-combinatie kan worden gebruikt, kunnen isogrid-structuren met verschillende composietmaterialen eenvoudig worden geproduceerd.

CETMA was verheugd deze ontwikkeling te ondersteunen en het COMEC R&D-team waardeerde de bijdragen van CETMA aan dit project:"De samenwerking met CETMA heeft de groei van de knowhow en de consolidering van een steeds sterker partnerschap gericht op innovatie mogelijk gemaakt."