前沿 2020-01-10 20:01

Premium AEROTEC公司推出混合碳纤维-增材制造金属混合材料飞机部件设计

陈济桁 摘自 复合材料世界网站

【据复合材料世界网站2020年1月3日报道】当今的飞机结构由多种不同的材料组成。例如,空中客车A350XWB飞机的机身和机翼结构主要由带有一些金属零件的复合材料部件制成。在这种结构中采用了经典的混合设计,零件通过螺栓和铆钉连接在一起。这种设计导致装配时间、付出人力和生产成本增加。另外,在这种经典的混合设计中,大量紧固件的应用带来不必要的重量同时,还在载荷引入点处造成应力集中。目前,欧洲正在推行“热塑性复合材料增材制造结构”(TOAST)项目。该项目的成功将通过创新、现代化的设计,为飞机结构带来成本、时间和重量的降低。

在TOAST项目中,德国Premium AEROTEC公司是空客A350机身结构的一级供应商,该公司提出了一种全新的方法连接复合材料和金属,可以消除利用螺栓和铆钉的传统混合结构设计缺点。Premium AEROTEC使用现代化混合结构设计,在不到五个月的时间内开发并制造了一款类似飞机机翼减速板结构的演示验证件。在这一结构种包括了增材制造钛合金连接负载的挂件及碳纤维增强聚合物(CFRP)热塑性复合材料板,使用热塑性复合材料注塑成型。

这种演示验证部件的创新之处在于无需螺栓或紧固件即可连接各种材料,需要通过使用增材制造技术和热塑性注塑成型才能实现。钛合金部分下端设计为连接用的销接挂件,前端内部中空海绵状螺旋结构设计的肋条则利用增材制造技术生产。增材制造技术生产的钛合金部分和热塑性复合材料板一同放入热成型模具中。在热成型过程中,紧接着通过注射成型工艺将这两种不同材料的组件成型在一起。在此步骤中,V形热塑性复合材料肋条将通过注塑成型工艺侵入钛合金部分肋条的中空海绵状螺旋结构中。

通过同类材料连接(CFRP-CFRP)或混合封闭成型(增材制造钛合金部件-CFRP)等方式,这款混合演示验证件接头实现了成功制造。研究人员对该接头的机械性能进行结构测试。测试结果表明,这种混合型的结构的载荷传递能力与铆钉和螺栓的传递能力相当。

与使用机械紧固件的传统设计相比,这种现代化的混合设计的优点包括无需紧固件即可实现快速制造和装配,所需零件更少,并且装配流程更短,可实现自动化。此外,通过使用增材制造和注塑成型可提高设计自由度,提升效率,减轻结构重量。这项技术可广泛应用于必须在点和曲面之间传递载荷的任何部件中。

Premium AEROTEC公司是世界上第一家为一系列飞机持续提供由钛合金制成的3D打印组件的制造商。Premium AEROTEC公司是航空领域的全球供应商,2018年的营业额达到20亿欧元。公司的核心业务是金属和碳纤维复合材料飞机结构的设计和制造。该公司在德国奥格斯堡、不来梅、汉堡、诺登汉姆和瓦雷尔以及罗马尼亚的布拉索夫都拥有工厂。Premium AEROTEC公司目前在全球拥有约10000名员工。

(欢迎转载,转载请标明引自“航空工业信息网”)

阅读 收藏

相关专题: 基础与前沿