Institut Struktural dan Desain DLR Mengembangkan Teknologi Fuselase Komposit Termoplastik
Sebagai bagian dari proyek "LuFoV-3 TB-Rumpf," konsolidasi bebas autoclave laminat prepreg termoplastik dan las resistensi sedang dikembangkan dan divalidasi sebagai batu teknologi untuk fuselase pesawat masa depan. Kerja ini dilakukan oleh Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut Struktural dan Desain (Institut BT) di Stuttgart, bekerja sama dengan mitra dari industri penerbangan, termasuk Airbus dan institusi penelitian lainnya.
Institut BT DLR telah mendemonstrasikan persimpangan fuselase yang sepenuhnya terintegrasi, yang terdiri dari kulit, stringer, rangka dan klip. Demonstrator ini didasarkan pada kulit lengkung yang dikonsolidasikan bebas autoclave (OOA) dengan stringer yang dikonsolidasikan bersama dan integrasi rangka dan klip melalui las resistensi. Las telah dikarakterisir dengan uji mekanis dan garis las lebih diperiksa menggunakan mikroskop optik.
TB-Rumpf mematangkan konsolidasi OOA dan las
Standar terkini untuk konsolidasi komponen luas yang terbuat dari serap berkelanjitur termoplastik suhu tinggi (misalnya, polyaryletherketone atau PAEK) adalah konsolidasi autoclave. Namun, melalui pengaturan proses yang dioptimalkan dan kontrol proses yang disesuaikan, mungkin untuk mencapai konsolidasi lengkap hanya menggunakan suhu dan tekanan vakum. Penggunaan cetakan atau oven yang dipanaskan sendiri dapat menghilangkan kebutuhan akan autoclave dan menghasilkan keuntungan biaya. Proyek TB-Rumpf bertujuan untuk mematangkan proses yang disebut VCT (Vacuum Consolidation Technique) dan menentukan batas proses, termasuk ketebalan laminat maksimum yang mungkin.
Teknologi kunci lainnya untuk aplikasi komposit termoplastik canggih di masa depan adalah las untuk perakitan. DLR dan Airbus telah mengidentifikasi las resistensi sebagai teknologi terkemuka karena kemampuannya untuk mencapai struktur kekuatan tinggi. Dalam proyek TB-Rumpf, proses las resistensi dan elemen las yang diperlukan sedang dioptimalkan. Demonstrator yang dihasilkan diuji secara struktural untuk memvalidasi kinerja mekanis dari sambungan dan laminat komposit yang dipas.
Penelitian Teknik Konsolidasi Vakum (VCT)
Matthias Horn, pemimpin proyek di Institut BT DLR, menjelaskan bahwa demonstrator TB-Rumpf menggunakan pita polyaryletherketone leleh rendah (LM-PAEK) terkuat serat karbon unidireksional. Pita komposit termoplastik ini diproses menggunakan penempatan serap otomatis (AFP) yang dicapai dengan robot KUKA (Augsburg, Jerman) dengan end-effector AFPT (Doerth, Jerman) dan laser 6-kilowatt untuk memanaskan pita.
Konsolidasi OOA menggunakan VCT: "Tujuan adalah untuk memvalidasi kelayakan proses ini untuk laminat tebal," kata Georg Doll, peneliti Institut BT dan pemimpin TB-Rumpf untuk konsolidasi. "Kami telah menunjukkan hasil yang baik untuk laminat hingga 11 milimeter ketebalan, tanpa pori atau ketidaksempurnaan lainnya, divalidasi oleh potongan mikroskopik dan pemeriksaan ultrasonik. Kunci keberhasilan ini adalah pengaturan VCT yang dioptimalkan, siklus pemanasan yang disesuaikan dan kualitas prepreg yang homogen dan konsisten."
Konsolidasi bersama elemen pengeruk OOA: Selain menggunakan VCT untuk produksi panel kulit fuselase tanpa autoclave, proyek TB-Rumpf juga berhasil mengembangkan konsolidasi bersama untuk integrasi langsung elemen pengeruk stringer dengan kulit dalam satu siklus proses VCT.
Penyusunan AFP bentuk lengkung dan double lengkung: AFP berbasis laser sebagai proses komplementer kepada VCT diteliti, termasuk batas proses dan material (misalnya, steering pita maksimum), dengan memproduksi laminat double lengkung yang berukuran sekitar 800 x 1200 milimeter. Hasil dari percobaan manufaktur ini dapat digunakan untuk memajukan konsolidasi OOA serta konsolidasi in-situ, yang dicapai selama AFP tanpa operasi sekunder.
Las Resistensi
"Untuk mengintegrasikan elemen struktural fuselase, dan untuk membuat produksi konsep fuselase termoplastik masa depan dapat dilakukan, kami meneliti las resistensi dengan fokus pada keandalan proses yang ditingkatkan dan nilai kekuatan yang dioptimalkan," kata Simon Bauer, peneliti Institut BT dan pemimpin TB-Rumpf untuk las. "Fokusnya adalah pada pengaturan elemen las yang dioptimalkan, berdasarkan serat karbon sebagai elemen pemanas, dan konduksi listrik yang ditingkatkan, dalam kombinasi dengan parameter las yang paling sesuai, seperti siklus pemanasan, suhu, tekanan, arus dan tegangan." Las resistensi digunakan untuk memasang klip pada rangka dan stringer; juga digunakan untuk memasang rangka pada kulit.
Batu teknologi untuk desain fuselase mendatang
"Karena kematangan teknologi yang telah ditunjukkan, baik konsolidasi bebas autoclave maupun las resistensi dapat memainkan peran penting untuk desain fuselase masa depan," menegaskan Dr. Paul Jörn, kepala proyek Airbus yang sesuai.
Untuk mendekatkan teknologi lebih lanjut ke aplikasi industri, aspek-aspek menantang lainnya akan diteliti di masa mendatang. Untuk konsolidasi vakum, skala ukuran dan transfer ke kontur double lengkung akan difokuskan. Untuk las resistensi, aspek toleransi serta aspek otomatisasi akan diatasi.
Hasil yang disajikan di sini dicapai dalam proyek penelitian TB-Rumpf (FKZ: 20W1721D) dalam kerangka Program Penerbangan Federal V-3, yang didanai oleh Kementerian Perekonomian dan Energi Jerman.
Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi dlr.de/bt.
