კომპოზიციური მასალების სწრაფი პროტოტიპების ტექნოლოგიის მიმოხილვა

ამჟამად, არსებობს მრავალი წარმოების პროცესი კომპოზიციური მასალის სტრუქტურებისთვის, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა სტრუქტურების წარმოებასა და წარმოებაში.თუმცა, საავიაციო ინდუსტრიის, განსაკუთრებით სამოქალაქო თვითმფრინავების სამრეწველო წარმოების ეფექტურობისა და წარმოების ხარჯების გათვალისწინებით, გადაუდებელია გაჯანსაღების პროცესის გაუმჯობესება დროისა და ხარჯების შესამცირებლად.Rapid Prototyping არის წარმოების ახალი მეთოდი, რომელიც დაფუძნებულია დისკრეტული და დაწყობილი ფორმირების პრინციპებზე, რაც არის დაბალფასიანი სწრაფი პროტოტიპის ტექნოლოგია.გავრცელებული ტექნოლოგიები მოიცავს შეკუმშვის ჩამოსხმას, თხევადი ფორმირებას და თერმოპლასტიკური კომპოზიციური მასალის ფორმირებას.

1. ყალიბის დაჭერის სწრაფი პროტოტიპის ტექნოლოგია
ჩამოსხმის სწრაფი პროტოტიპის ტექნოლოგია არის პროცესი, რომელიც ათავსებს წინასწარ დაყენებულ წინასწარ დამუშავებულ ბლანკებს ჩამოსხმის ყალიბში და მას შემდეგ, რაც ყალიბი დაიხურება, ბლანკები იკუმშება და მყარდება გათბობისა და წნევის მეშვეობით.ჩამოსხმის სიჩქარე სწრაფია, პროდუქტის ზომა ზუსტია და ჩამოსხმის ხარისხი სტაბილური და ერთგვაროვანია.ავტომატიზაციის ტექნოლოგიასთან ერთად, მას შეუძლია მიაღწიოს მასობრივ წარმოებას, ავტომატიზაციას და ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური სტრუქტურული კომპონენტების დაბალ ფასად წარმოებას სამოქალაქო ავიაციის სფეროში.

ჩამოსხმის ნაბიჯები:
① მიიღეთ მაღალი სიმტკიცის ლითონის ფორმა, რომელიც შეესაბამება წარმოებისთვის საჭირო ნაწილების ზომებს, შემდეგ დააინსტალირეთ ყალიბი პრესაში და გააცხელეთ.
② მოამზადეთ საჭირო კომპოზიტური მასალები ყალიბის ფორმაში.წინასწარ ფორმირება არის გადამწყვეტი ნაბიჯი, რომელიც ხელს უწყობს მზა ნაწილების მუშაობის გაუმჯობესებას.
③ ჩადეთ წინასწარ ჩამოყალიბებული ნაწილები გახურებულ ფორმაში.შემდეგ შეკუმშოს ფორმა ძალიან მაღალ წნევაზე, როგორც წესი, მერყეობს 800psi-დან 2000psi-მდე (დამოკიდებულია ნაწილის სისქეზე და გამოყენებული მასალის ტიპზე).
④ წნევის მოხსნის შემდეგ, ამოიღეთ ნაწილი ფორმიდან და ამოიღეთ ნაკაწრები.

ჩამოსხმის უპირატესობები:
სხვადასხვა მიზეზის გამო, ჩამოსხმა პოპულარული ტექნოლოგიაა.მისი პოპულარობის მიზეზი არის ის, რომ ის იყენებს მოწინავე კომპოზიტურ მასალებს.ლითონის ნაწილებთან შედარებით, ეს მასალები ხშირად უფრო მტკიცე, მსუბუქი და კოროზიისადმი მდგრადია, რაც იწვევს ობიექტებს უკეთესი მექანიკური თვისებებით.
ჩამოსხმის კიდევ ერთი უპირატესობა არის ძალიან რთული ნაწილების წარმოების უნარი.მიუხედავად იმისა, რომ ეს ტექნოლოგია სრულად ვერ მიაღწევს პლასტმასის ინექციური ჩამოსხმის წარმოების სიჩქარეს, ის უფრო მეტ გეომეტრიულ ფორმებს იძლევა ტიპიურ ლამინირებულ კომპოზიტურ მასალებთან შედარებით.პლასტმასის ინექციურ ჩამოსხმასთან შედარებით, ის ასევე იძლევა უფრო გრძელი ბოჭკოების საშუალებას, რაც მასალას უფრო მტკიცეს ხდის.ამრიგად, ჩამოსხმა შეიძლება ჩაითვალოს შუა ადგილზე პლასტმასის ინექციის ჩამოსხმასა და ლამინირებული კომპოზიციური მასალის წარმოებას შორის.

1.1 SMC ფორმირების პროცესი
SMC არის ფურცლის შემქმნელი კომპოზიციური მასალების, ანუ ფურცლის შემქმნელი კომპოზიციური მასალების აბრევიატურა.ძირითადი ნედლეული შედგება SMC სპეციალური ძაფის, უჯერი ფისოვანი, დაბალი შეკუმშვის დანამატებისგან, შემავსებლებისა და სხვადასხვა დანამატებისგან.1960-იანი წლების დასაწყისში ის პირველად გამოჩნდა ევროპაში.დაახლოებით 1965 წელს შეერთებულმა შტატებმა და იაპონიამ თანმიმდევრულად განავითარეს ეს ტექნოლოგია.1980-იანი წლების ბოლოს ჩინეთმა შემოიტანა მოწინავე SMC წარმოების ხაზები და პროცესები საზღვარგარეთიდან.SMC-ს აქვს უპირატესობები, როგორიცაა უმაღლესი ელექტრული შესრულება, კოროზიის წინააღმდეგობა, მსუბუქი წონა და მარტივი და მოქნილი საინჟინრო დიზაინი.მისი მექანიკური თვისებები შეიძლება შედარდეს გარკვეულ ლითონის მასალებთან, ამიტომ იგი ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიებში, როგორიცაა ტრანსპორტი, მშენებლობა, ელექტრონიკა და ელექტროინჟინერია.

1.2 BMC ფორმირების პროცესი
1961 წელს გამოუშვა გერმანიაში Bayer AG-ის მიერ შემუშავებული უჯერი ფისოვანი ფურცლის ჩამოსხმის ნაერთი (SMC).1960-იან წლებში დაიწყო Bulk Molding Compound-ის (BMC) პოპულარიზაცია, ასევე ცნობილი როგორც DMC (Dough Molding Compound) ევროპაში, რომელიც არ იყო შესქელებული ადრეულ ეტაპებზე (1950-იანი წლები);ამერიკული განმარტებით, BMC არის შესქელებული BMC.ევროპული ტექნოლოგიების მიღების შემდეგ, იაპონიამ მნიშვნელოვანი მიღწევები მიაღწია BMC-ის გამოყენებასა და განვითარებაში და 1980-იანი წლებისთვის ტექნოლოგია ძალიან მომწიფებული გახდა.ჯერჯერობით, BMC-ში გამოყენებული მატრიცა იყო უჯერი პოლიესტერის ფისი.

BMC მიეკუთვნება თერმომყარი პლასტმასს.მასალის მახასიათებლებიდან გამომდინარე, საინექციო ჩამოსხმის მანქანის მასალის ლულის ტემპერატურა არ უნდა იყოს ძალიან მაღალი, რათა ხელი შეუწყოს მასალის ნაკადს.ამიტომ, BMC-ის ინექციური ჩამოსხმის პროცესში, მასალის ლულის ტემპერატურის კონტროლი ძალიან მნიშვნელოვანია და უნდა არსებობდეს საკონტროლო სისტემა, რათა უზრუნველყოს ტემპერატურის შესაბამისობა, რათა მივაღწიოთ ოპტიმალურ ტემპერატურას კვების განყოფილებიდან საქშენი.

1.3 პოლიციკლოპენტადიენის (PDCPD) ჩამოსხმა
პოლიციკლოპენტადიენის (PDCPD) ჩამოსხმა ძირითადად სუფთა მატრიცაა და არა გამაგრებული პლასტმასი.PDCPD ჩამოსხმის პროცესის პრინციპი, რომელიც გაჩნდა 1984 წელს, მიეკუთვნება იმავე კატეგორიას, როგორც პოლიურეთანის (PU) ჩამოსხმა და პირველად შემუშავდა შეერთებულმა შტატებმა და იაპონიამ.
Telene-მა, იაპონური კომპანია Zeon Corporation-ის შვილობილი კომპანია (მდებარეობს Bondues, საფრანგეთი), მიაღწია დიდ წარმატებას PDCPD-ისა და მისი კომერციული ოპერაციების კვლევასა და განვითარებაში.
RIM ჩამოსხმის პროცესი თავისთავად უფრო ადვილია ავტომატიზირება და აქვს დაბალი შრომის ხარჯები ისეთ პროცესებთან შედარებით, როგორიცაა FRP შესხურება, RTM ან SMC.PDCPD RIM-ის მიერ გამოყენებული ფორმის ღირებულება გაცილებით დაბალია, ვიდრე SMC-ის.მაგალითად, Kenworth W900L-ის ძრავის კაპოტის ფორმა იყენებს ნიკელის გარსს და თუჯის ალუმინის ბირთვს, დაბალი სიმკვრივის ფისით, ხვედრითი წონა მხოლოდ 1.03, რაც არა მხოლოდ ამცირებს ხარჯებს, არამედ ამცირებს წონასაც.

1.4 ბოჭკოვან გამაგრებული თერმოპლასტიკური კომპოზიტური მასალების პირდაპირი ონლაინ ფორმირება (LFT-D)
დაახლოებით 1990 წელს, LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) გამოჩნდა ევროპისა და ამერიკის ბაზარზე.CPI კომპანია შეერთებულ შტატებში არის მსოფლიოში პირველი კომპანია, რომელმაც შექმნა პირდაპირი ხაზის კომპოზიტური გრძელი ბოჭკოვანი რკინა თერმოპლასტიკური ჩამოსხმის მოწყობილობა და შესაბამისი ტექნოლოგია (LFT-D, Direct In Line Mixing).ის კომერციულ საქმიანობაში შევიდა 1991 წელს და არის გლობალური ლიდერი ამ სფეროში.Diffenbarcher, გერმანული კომპანია, 1989 წლიდან იკვლევს LFT-D ტექნოლოგიას. ამჟამად ძირითადად არის LFT D, Tailored LFT (რომელსაც შეუძლია მიაღწიოს ადგილობრივ გამაგრებას სტრუქტურულ სტრესზე დაყრდნობით) და Advanced Surface LFT-D (ხილული ზედაპირი, მაღალი ზედაპირი). ხარისხის) ტექნოლოგიები.საწარმოო ხაზის პერსპექტივიდან Diffenbarcher-ის პრესის დონე ძალიან მაღალია.გერმანული კომპანია Coperation-ის D-LFT ექსტრუზიის სისტემა წამყვან პოზიციაზეა საერთაშორისო დონეზე.

1.5 უფორმო ჩამოსხმის წარმოების ტექნოლოგია (PCM)
PCM (Pattern less Casting Manufacturing) შემუშავებულია ცინგხუას უნივერსიტეტის ლაზერული სწრაფი პროტოტიპის ცენტრის მიერ.სწრაფი პროტოტიპის ტექნოლოგია გამოყენებული უნდა იყოს ფისოვანი ქვიშის ჩამოსხმის ტრადიციულ პროცესებზე.პირველ რიგში, მიიღეთ ჩამოსხმის CAD მოდელი ნაწილის CAD მოდელისგან.ჩამოსხმის CAD მოდელის STL ფაილი ფენიანია ჯვარედინი პროფილის ინფორმაციის მისაღებად, რომელიც შემდეგ გამოიყენება საკონტროლო ინფორმაციის შესაქმნელად.ჩამოსხმის პროცესის დროს, პირველი საქშენი ზუსტად ასხურებს წებოვანს ქვიშის თითოეულ ფენაზე კომპიუტერული კონტროლის საშუალებით, ხოლო მეორე საქშენი ასხურებს კატალიზატორს იმავე გზაზე.ორივე გადის შემაკავშირებელ რეაქციას, ამაგრებს ქვიშის ფენად და ქმნის გროვას.ქვიშა იმ ადგილას, სადაც წებოვანი და კატალიზატორი ერთად მუშაობენ, მყარდება ერთად, ხოლო სხვა ადგილებში ქვიშა რჩება მარცვლოვან მდგომარეობაში.ერთი ფენის გამაგრების შემდეგ, შემდეგი ფენა იკვრება, ხოლო ყველა ფენის დამაგრების შემდეგ, მიიღება სივრცითი ერთეული.ორიგინალური ქვიშა კვლავ მშრალი ქვიშაა იმ ადგილებში, სადაც წებოვანი არ არის შესხურებული, რაც აადვილებს ამოღებას.შუაში დაუმუშავებელი მშრალი ქვიშის გაწმენდით, შეგიძლიათ მიიღოთ ჩამოსხმის ფორმა გარკვეული კედლის სისქით.ქვიშის ყალიბის შიდა ზედაპირზე საღებავის წასმის ან გაჟღენთის შემდეგ მისი გამოყენება შესაძლებელია ლითონის დასასხმელად.

PCM პროცესის გამაგრების ტემპერატურის წერტილი ჩვეულებრივ არის დაახლოებით 170 ℃.ფაქტობრივი ცივი დაგება და ცივი გაშიშვლება PCM პროცესში, განსხვავდება ჩამოსხმისგან.ცივი დაგება და ცივად ჩამოსხმა გულისხმობს ფორმზე წინასწარი ფენის თანდათან დადებას პროდუქტის სტრუქტურის მოთხოვნების შესაბამისად, როდესაც ყალიბი ცივ ბოლოშია, და შემდეგ ჩამოყალიბების დასრულების შემდეგ ყალიბის დახურვა ფორმირების პრესით, გარკვეული წნევის უზრუნველსაყოფად.ამ დროს ყალიბი თბება ყალიბის ტემპერატურის აპარატის გამოყენებით, ჩვეულებრივი პროცესია ტემპერატურის აწევა ოთახის ტემპერატურიდან 170 ℃-მდე, ხოლო გათბობის სიჩქარის კორექტირება საჭიროა სხვადასხვა პროდუქტის მიხედვით.მათი უმეტესობა დამზადებულია ამ პლასტმასისგან.როდესაც ჩამოსხმის ტემპერატურა მიაღწევს დადგენილ ტემპერატურას, ხორციელდება იზოლაციისა და წნევის შენარჩუნება, პროდუქტის მაღალ ტემპერატურაზე გასაშრობად.გაჯანსაღების დასრულების შემდეგ, ასევე აუცილებელია ყალიბის ტემპერატურის აპარატის გამოყენება ყალიბის ტემპერატურის ნორმალურ ტემპერატურამდე გასაგრილებლად და გათბობის სიჩქარე ასევე დაყენებულია 3-5 ℃/წთ, შემდეგ გააგრძელეთ ყალიბის გახსნა და ნაწილის მოპოვება.

2. სითხის ფორმირების ტექნოლოგია
თხევადი ფორმირების ტექნოლოგია (LCM) ეხება კომპოზიტური მასალის ფორმირების ტექნოლოგიების სერიას, რომელიც ჯერ ათავსებს მშრალ ბოჭკოვან პრეფორმებს დახურულ ყალიბის ღრუში, შემდეგ კი ყალიბის დახურვის შემდეგ თხევად ფისს შეჰყავს ფორმის ღრუში.წნევის ქვეშ, ფისი მიედინება და ატენიანებს ბოჭკოებს.ცხელი დაჭერით ქილის ფორმირების პროცესთან შედარებით, LCM-ს ბევრი უპირატესობა აქვს, მაგალითად, შესაფერისია მაღალი განზომილებიანი სიზუსტით და რთული გარეგნობის მქონე ნაწილების დასამზადებლად;დაბალი წარმოების ღირებულება და მარტივი ოპერაცია.
განსაკუთრებით მაღალი წნევის RTM პროცესი, რომელიც განვითარდა ბოლო წლებში, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), შემოკლებით HP-RTM ჩამოსხმის პროცესი.ეს ეხება ჩამოსხმის პროცესს მაღალი წნევის გამოყენებით ფისის შერევისა და ინექციისთვის ბოჭკოვან გამაგრებული მასალებით და წინასწარ ჩაშენებული კომპონენტებით დადებულ ვაკუუმში დალუქულ ფორმაში, შემდეგ კი კომპოზიტური მასალის პროდუქტების მიღება ფისოვანი ნაკადის შევსების, გაჟღენთვის, გამაგრების და ჩამოსხმის გზით. .ინექციის დროის შემცირებით, მოსალოდნელია საავიაციო სტრუქტურული კომპონენტების დამზადების დროის კონტროლი ათეულ წუთში, რაც მიაღწევს ბოჭკოს მაღალ შემცველობას და მაღალი ხარისხის ნაწილების წარმოებას.
HP-RTM ფორმირების პროცესი არის ერთ-ერთი კომპოზიციური მასალის ფორმირების პროცესი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება მრავალ ინდუსტრიაში.მისი უპირატესობები მდგომარეობს დაბალი ღირებულების, მოკლე ციკლის, მასობრივი წარმოების და მაღალი ხარისხის წარმოების (ზედაპირის კარგი ხარისხით) მიღწევის შესაძლებლობაში, ტრადიციულ RTM პროცესებთან შედარებით.იგი ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიებში, როგორიცაა საავტომობილო წარმოება, გემთმშენებლობა, თვითმფრინავების წარმოება, სასოფლო-სამეურნეო ტექნიკა, სარკინიგზო ტრანსპორტი, ქარის ენერგიის გამომუშავება, სპორტული საქონელი და ა.შ.

3. თერმოპლასტიკური კომპოზიციური მასალის ფორმირების ტექნოლოგია
ბოლო წლების განმავლობაში, თერმოპლასტიკური კომპოზიციური მასალები გახდა კვლევითი ცენტრი კომპოზიციური მასალების წარმოების სფეროში, როგორც შიდა, ისე საერთაშორისო დონეზე, მათი უპირატესობების გამო: მაღალი ზემოქმედების წინააღმდეგობა, მაღალი სიმტკიცე, მაღალი დაზიანების ტოლერანტობა და კარგი სითბოს წინააღმდეგობა.თერმოპლასტიკური კომპოზიციური მასალებით შედუღებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს მოქლონების და ჭანჭიკების შეერთების რაოდენობა თვითმფრინავის სტრუქტურებში, მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს წარმოების ეფექტურობა და შეამციროს წარმოების ხარჯები.Airframe Collins Aerospace-ის, თვითმფრინავების კონსტრუქციების პირველი კლასის მიმწოდებლის თანახმად, არა ცხელი დაწნევით ჩამოყალიბებული შესადუღებელი თერმოპლასტიკური კონსტრუქციები აქვს პოტენციალი შეამციროს წარმოების ციკლი 80%-ით ლითონისა და თერმომყარი კომპოზიტური კომპონენტებთან შედარებით.
მასალების ყველაზე შესაფერისი რაოდენობის გამოყენება, ყველაზე ეკონომიური პროცესის შერჩევა, პროდუქტების გამოყენება შესაბამის ნაწილებში, წინასწარ განსაზღვრული დიზაინის მიზნების მიღწევა და პროდუქციის იდეალური შესრულების ღირებულების თანაფარდობის მიღწევა ყოველთვის იყო მიმართულება. ძალისხმევის კომპოზიტური მასალის პრაქტიკოსი.მე მჯერა, რომ მომავალში უფრო მეტი ჩამოსხმის პროცესი განვითარდება, რათა დააკმაყოფილოს წარმოების დიზაინის საჭიროებები.