Geavanceerde Composiet Isogrid Structuren Gecreëerd met High-Tech Depositietechnologie

Machinebouwer COMEC (Chieti, Italië), met de steun van de composiet R&D organisatie CETMA (Brindisi, Italië), heeft composiet isogrid structuren gebouwd met een innovatieve depositietechnologie. Dit werd ontwikkeld binnen het onderzoeksproject getiteld "Study of innovative product and process solutions based on the industrial use of advanced materials" gefinancierd door de Abruzzo regio van Italië als onderdeel van het "POR FESR Abruzzo 2014-2020" programma.

Isogrid Structuren

Isogrid structuren worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen en configuraties. Deze structuren bestaan typisch uit een dunne buitenhuid integraal verbonden met een versterkend rooster. De herhaling van versterkende elementen stelt een efficiënte verdeling van belasting toe, wat het minder gevoelig maakt voor schade door impact, delaminatie en voortplanting van defecten. Wanneer het rooster een driehoekig patroon heeft, heeft het een mechanisch gedrag vergelijkbaar met dat van een isotroop materiaal. Het ontwerp van een isogrid structuur vereist een hybride vorm bestaande uit een extern aluminiumdeel en een interne Teflon vorm met de afdruk van de isogrid structuur waarop de depositie van de nog niet geconsolideerde towpreg materialen plaatsvindt. De hybride vorm is nodig om een optimale compactie van de towpreg opbouw te hebben — door het benutten van de verschillende thermische uitdijtingscoëfficiënt (CTE) van Teflon, terwijl tegelijkertijd een starre externe aluminium innehoudsstructuur wordt geboden.

Depositietechnologie

De depositietechnologie, ontwikkeld door COMEC, bestaat voornamelijk uit twee elementen, een zes-as robot en towpreg depositiekop. De oplossing betreft het gebruik van een anthropomorphe robot met zes vrijheidsgraden, drie toegewezen aan de arm voor positioneringsoperaties van de depositiekop verbonden met de pols en drie toegewezen aan de pols zelf voor de oriëntatie van de kop. De voorgestelde technologieoplossing voor de depositiekop voedt droge tow, die vervolgens geïmpregneerd wordt met hars via een in-line systeem. De impregnering vindt plaats binnen de depositiekop, door een eenheid te integreren die de vezels in-situ met de hars nat maakt. Het in-line impregneringssysteem verlaagt kosten — het half-fabrikat kost meer dan de droge versterking die hier gebruikt wordt, en vereist ook bevroren/koude opslag, niet vereist door droge vezelmaterialen.

De terminal van de depositiekop is het laatste gebied waar de tow doorheen gaat voor depositie. De tow uit het depositie-oog is geïmpregneerd en gedeponeerd op het oppervlak van de hybride isogrid vorm. Om goede compactie van de composietlagen te garanderen, wordt een rol gebruikt om passende druk uit te oefenen op de net geïmpregneerde en gepositioneerde tow.

Consolidatieproces

Na de depositie van towpreg lagen in de Teflon vorm, voerde CETMA het consolidatieproces uit, met behulp van de externe aluminium vorm in een warme pers. De polymerisatiecyclus hangt af van de hars gebruikt voor de towpreg. In dit geval is de hars epoxy en heeft de volledige polymerisatie een temperatuur van 120°C nodig.

Isogrid structuren gemaakt met composieten vertegenwoordigen een potentiëel aantrekkelijke alternatief voor zandwichstructuren gebruikt in vijandige omgevingen. Hun flexibele configuratie stelt high-performance toepassingen in een verscheidenheid aan industrieën in staat. Dankzij de veelzijdigheid van de impregneringsmachine ontwikkeld door COMEC, die gebruikt kan worden met praktisch elke vezel/matrix combinatie, kunnen isogrid structuren met verschillende composietmaterialen gemakkelijk geproduceerd worden.

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