热塑复材的来龙去脉2-第一篇-2
本文摘要：（由ai生成）
这篇文章主要介绍了 AFP 机器开发和数字化设计，包括 FIDAMC ISC TPC 曲面面板、ISC 通过 AFP、使用科里奥利复合材料 AFP 软件的模拟链等，数字化设计和制造链与未来飞机制造的 Clean Sky 2 愿景一致，热塑性塑料提供了获得多功能机身的方法。
AFP 机器开发和数字化设计
FIDAMC ISC TPC 曲面面板。图为 FIDAMC 现 场固结曲面板与集成加劲肋的制造步骤。
朗戈内表示，Automated Dynamics 为 ISC 开发了 激光加热， 并于 2015 年开始销售基于激光的商业 AFP 系统。他指出： “ 今天， 我们的热气系统的处理速度大 约是 1990 年的 18 倍，以磅/小时为单位。 ”“ 除此之
外，我们的激光加热速度快了三倍。 ”。
大约在同一时间， FIDAMC 改用带有新型光学激 光器的 MTorres 八头 AFP 机器。 6 千瓦的激光器是相 同的，但该光学器件将圆形光束转换为矩形轮廓，以 与所放置的胶带相匹配，与之前机器的 6 毫米宽的装 置相比， 该光学器件能够实现更宽的轮廓， 从而在 8 根丝束的 50 毫米宽范围内提供热量。
ISC 通过 AFP。原位固结的热塑性复合材料通 常使用自动纤维放置来制造。MIKROSAM 的 这台机器可以加工热固性、干纤维或原位固结 的热塑性复合材料，后者最常用激光加热制造。
MIKROSAM（马其顿普里勒普）开发了一种机器，可以处理热固性或 TPC 结构， 包括原位固结。MIKROSAM 销售总监迪米塔尔 · 波格丹诺斯基（Dimitar Bogdanoski） 表示：“根据材料的不同， 我们可以实现 98%的固结度和 30%以上的结晶度。 ” 。“ 我 们已经加工了多种 TPC 胶带产品， 包括来自Barrday、 TenCate 、Toho Tenax 和 Suprem 的产品。 ”
这台机器可以铺设四到八条胶带/丝束。 迪米塔 尔 · 波格丹诺斯基说：“如果你不需要全部放置，任 何丝束/胶带都可以切割。 ”他声称，从 ATL 到 AFP （反之亦然）的自动换头可以在 5 分钟内完成。“ 与 ATL 相比， 由于材料更窄， AFP 的废品率更低，因此 它越来越受欢迎。拥有这种更改功能可以定义哪种工 艺更适合您的零件或项目，这很有用。 ”
从热固性材料更换为 TPC 大约需要一个小时， 将 与热固性材料一起使用的红外（IR）加热器更换为与 TPC 一起使用的 3 、4 或 6 千瓦激光器，这取决于将要 放置的材料的宽度。 迪米塔尔 · 波格丹诺斯基指出：“ 我们甚至可以使用 12 千瓦的激光器，但这需要特殊 许可证。 ” 。“ 无论材料是 PPS 、PEEK 还是 PEKK， ISC 零件的机器速度都在 5 米/分钟到 30 米/分钟之间。我们使用红外相机和内部开发的热模型， 形成 一 个闭环来控制层压板的温度。它还包括视频监控，这 是我们为保证质量而内部开发的。 ”MIKROSAM 在 2016 年销售了其中一个系统， 2017 年销售了三个。
使用科里奥利复合材料 AFP 软件的模拟链科里奥利复合材料的封闭模拟链。在科里奥利 AFP机器上生产的 TPC 零件现在受益于一个封闭的模拟 链，该链包括计算机辅助设计、制造和工程（CAD/CAM/neneneba CAE），由该公司的双向软件 接口和集成实现：1）设计；2） 导入堆叠，生成纤 维 AFP 程序；3） 将“竣工”光纤角度导出到 FEA 解 算器；4） 结构分析；5） 有限元悬垂/成形模拟；6） 将后处理器转换为最终 AFP 代码；7） 导出 PLM 的数据。
在科里奥利机床上生产的 TPC 零件现在受益于该 公司所称的“封闭模拟链” ，该链集成了计算机辅助设 计、制造和工程（CAD-CAM-CAE），通过该公司的 双向软件接口和集成实现。 Hamlyn 说：“ 该部件从CATIA（法国 Velizy Villacoublay 的 Dassault Systèmes）的 OEM 设计开始。 ” 。“ 我们的CAT/CADFiber 软件从 CATIA 导入复合材料堆叠，并为用户提供建模所有纤维所需的工具。然后它生成并 优化 AFP 胶带/丝束路线。 ”
放置测试零件进行验证后，软件将真实的“竣工”纤维角（包括由于使用窄胶带等而产生的束滴和 间隙等奇点）导出到商业有限元分析求解器（如NASTRAN 、ABAQUS 、 SAMCEF），并实现 AFP 表 面和结构有限元网格之间的网格映射。 哈姆林说，这 减少了误差，有助于数据传输以及成型模拟的建模。 “ 这是实现设计优化自动化的第一步， ” 他断言。 “ 因 此，现在设计师可以通过与 ANSYS（Canonsburg，PA，US） 的接口进行结构分析和碰撞模拟。 ”后者使 用实体建模而不是有限元分析壳体单元来模拟多层复 合材料层压板。
接下来， 使用 AniForm（荷兰恩斯赫德）或 ESI 集团（法国巴黎）的 PAM-FORM 等程序，进行基于 物理的 FEM 悬垂/成形模拟。 哈姆林指出： “ 这包括成 形、压实和帘布层滑移过程中的层内剪切和纤维载荷。 ”。因此，在从 2D 叠层到 3D 预成型件或零件的转换过程中，可以解决褶皱、间隙和纤维取向的问题，并且可以优化预成型件轮廓。他继续说道：“ 然后，你可以将模拟结果与真实的零件试验进行比较，以验证真正发生了什么。 一旦设计被冻结， 我们的软 件就会与达索系统的 DELMIA 进行机器模拟， 以检查 铺设指标和机器人运动，确保 AFP 头能够在没有碰撞 的情况下生产零件等。 一旦这一切正常，我们的后处 理器将把数字设计转换为机器人代码，这样 AFP 机器 就会完全按照你模拟的方式工作。 ”
“ 未来工厂 ”
这种数字化设计和制造链以及已经在大型 TPC 飞 机结构演示中证明的自动化与未来飞机制造的 Clean Sky 2 愿景非常一致， 该愿景被描述为高度自动化、灵 活且基于功能集成设计。热塑性塑料还提供了一种获 得多功能机身的方法， 尤其是当 AFP 和 3D 打印之间 的界限消失时。 Clean Sky 2 号平台 2 的“创新物理集成 客舱-系统-结构” 计划包括大型集成机身演示。 CleanSky 2 联合提案平台 2 的主要驱动因素是成本和重量：
“在不考虑发动机的情况下，制造飞机的经常性 成本的 50%以上是由机体、客舱和货运设备以及这些 部件组装过程中所做的集成工作决定的 …… 考虑到 一 架运行超过 15 年的短程商用飞机， 仅减少 100 公斤的 原始重量就可以节省 4 吨以上的燃料。因此， 更轻、更高效的结构和系统为 ACARE 2020 愿景做出贡献的 潜力是巨大的（二氧化碳排放量减少 50%，这意味着 2020 年新飞机的燃料消耗减少 50%） 。 ”
通过将多个机身部件组合成数量少得多的集成的、基于 TPC 的模块， 这些模块配备了分布式电源和 系统，通过相应的机加工和组装操作，消除了无数的 零件、紧固件和孔。 Clean Sky 2 提出，潜在的重量节 省可以使燃料消耗减少两位数， 并为满足未来的飞机 需求提供可持续的途径。尽管仍有许多东西有待开发 和验证， 但热塑性复合材料似乎注定要在未来的飞机 工厂中发挥作用。
注：原文见, 1. 《 Consolidating thermoplastic composite aerostructures in place, Part 1 》 2018.1.29
2. 《 Consolidating thermoplastic composite aerostructures in place, Part 2 》 2018.2.27
杨超凡 2024.5.10
