DLR Institute of Structures and Design meningkatkan kematangan struktur badan pesawat komposit termoplastik
Sebagai bagian dari proyek “LuFoV-3 TB-Rumpf”, konsolidasi bebas autoklaf dari laminasi prepreg termoplastik dan pengelasan resistansi sedang dikembangkan lebih lanjut dan divalidasi sebagai batu bata teknologi untuk badan pesawat masa depan. Pekerjaan ini sedang dilakukan oleh German Aerospace Center (DLR), Institute of Structures and Design (Institute BT) di Stuttgart, bekerja sama dengan mitra dari industri kedirgantaraan, termasuk Airbus dan lembaga penelitian lainnya.
DLR Institute BT telah mendemonstrasikan persimpangan fuselage yang terintegrasi penuh, yang terdiri dari skin, stringer, frame dan cleat. Demonstran ini didasarkan pada kulit lengkung terkonsolidasi out-of-autoclave (OOA) dengan stringer yang dikonsolidasikan bersama dan integrasi bingkai dan gerigi melalui pengelasan resistansi. Lasan telah dicirikan oleh uji mekanis dan garis las diperiksa lebih lanjut menggunakan mikroskop optik.
Konsolidasi dan pengelasan OOA TB-Rumpf yang matang
Keadaan seni untuk konsolidasi komponen area luas yang terbuat dari termoplastik suhu tinggi yang diperkuat serat terus menerus (misalnya, poliariletherketon atau PAEK) adalah konsolidasi autoklaf. Namun, melalui pengaturan proses yang dioptimalkan dan kontrol proses yang disesuaikan, dimungkinkan untuk mencapai konsolidasi lengkap hanya dengan menggunakan suhu dan tekanan vakum. Penggunaan cetakan atau oven yang dipanaskan sendiri dapat menghilangkan kebutuhan akan autoklaf dan dengan demikian menghasilkan keuntungan biaya. Proyek TB-Rumpf bertujuan untuk mematangkan proses yang disebut VCT (Teknik Konsolidasi Vakum) dan untuk menentukan batas proses, termasuk kemungkinan ketebalan laminasi maksimum.
Teknologi kunci lainnya untuk aplikasi komposit termoplastik canggih di masa depan adalah pengelasan untuk perakitan. DLR dan Airbus telah mengidentifikasi pengelasan resistansi sebagai teknologi terdepan karena kemampuannya untuk mencapai struktur berkekuatan tinggi. Dalam proyek TB-Rumpf, proses pengelasan resistansi dan elemen pengelasan yang diperlukan sedang dioptimalkan. Demonstran yang dihasilkan diuji secara struktural untuk memvalidasi kinerja mekanis sambungan dan laminasi komposit yang dilas.
Investigasi teknik konsolidasi vakum (VCT)
Matthias Horn, pemimpin proyek di DLR Institute BT, menjelaskan bahwa demonstran TB-Rumpf menggunakan serat karbon searah yang diperkuat poliaryletherketone meleleh rendah (LM-PAEK). Pita komposit termoplastik ini diproses menggunakan penempatan serat otomatis (AFP) yang dicapai menggunakan robot KUKA (Augsburg, Jerman) dengan efektor akhir AFPT (Doerth, Jerman) dan laser 6 kilowatt untuk memanaskan pita.
Konsolidasi OOA menggunakan VCT: “Tujuannya adalah untuk memvalidasi kelayakan proses ini untuk laminasi tebal,” kata Georg Doll, peneliti Institut BT dan pimpinan TB-Rumpf untuk konsolidasi. “Kami telah menunjukkan hasil yang baik untuk laminasi dengan ketebalan hingga 11 milimeter, tanpa pori-pori atau ketidaksempurnaan lainnya, divalidasi oleh penampang mikrograf dan inspeksi ultrasonik. Kunci keberhasilan ini adalah penyiapan VCT yang dioptimalkan, siklus pemanasan yang disesuaikan, dan kualitas prepreg yang homogen dan konsisten.”
Konsolidasi bersama elemen pengaku OOA: Selain menggunakan VCT untuk produksi panel kulit badan pesawat tanpa autoklaf, proyek TB-Rumpf juga berhasil mengembangkan ko-konsolidasi untuk integrasi langsung elemen pengaku stringer dengan kulit selama satu siklus proses VCT.
Penataan AFP bentuk lengkung dan lengkung ganda: AFP berbasis laser sebagai proses pelengkap untuk VCT diselidiki, termasuk batas proses dan material (misalnya, kemudi pita maksimum), dengan membuat laminasi lengkung ganda berukuran kira-kira 800 x 1200 milimeter. Hasil dari uji coba manufaktur ini dapat digunakan untuk memajukan konsolidasi OOA serta konsolidasi in-situ, yang dicapai selama AFP tanpa operasi sekunder.
Pengelasan resistansi
“Untuk mengintegrasikan elemen badan pesawat struktural, dan dengan demikian membuat produksi konsep badan pesawat termoplastik masa depan layak, kami menyelidiki pengelasan resistansi sehubungan dengan peningkatan ketahanan proses dan nilai kekuatan yang dioptimalkan,” kata Simon Bauer, peneliti Institut BT dan pimpinan TB-Rumpf untuk pengelasan. “Fokusnya adalah pada penyiapan elemen pengelasan yang dioptimalkan, berdasarkan serat karbon sebagai elemen pemanas, dan peningkatan konduksi listrik, dalam kombinasi dengan parameter pengelasan yang paling sesuai, seperti siklus pemanasan, suhu, tekanan, arus, dan tegangan.” Pengelasan tahanan digunakan untuk memasang gerigi pada rangka dan senar; itu juga digunakan untuk menempelkan bingkai ke kulit.
Batu teknologi untuk desain badan pesawat yang akan datang
“Karena kematangan teknologi yang ditunjukkan, konsolidasi di luar autoklaf serta pengelasan resistansi dapat memainkan peran penting untuk desain badan pesawat di masa depan,” kata Dr. Paul Jörn, kepala proyek Airbus terkait.
Untuk membawa teknologi lebih dekat ke aplikasi industri, aspek menantang lebih lanjut akan diselidiki dalam waktu dekat. Untuk konsolidasi vakum, penskalaan ukuran dan transfer ke kontur lengkung ganda akan difokuskan. Untuk aspek toleransi pengelasan resistansi serta aspek otomatisasi akan dibahas.
Hasil yang disajikan di sini dicapai dalam proyek penelitian TB-Rumpf (FKZ:20W1721D) dalam kerangka Program Penelitian Penerbangan Federal V-3, yang didanai oleh Kementerian Federal untuk Urusan Ekonomi dan Energi Jerman.
Untuk informasi lebih lanjut, silakan kunjungi dlr.de/bt.
