DARPA menghadirkan program TFF untuk komposit berbiaya rendah untuk pertahanan

Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA, Arlington, Va., U.S.), bagian dari Departemen Pertahanan (DoD) AS, memiliki sejarah panjang dalam memajukan pengembangan teknologi komposit. Ini termasuk program seperti Komposit Terjangkau untuk Propulsi, Bahan Autoclave yang Habis — yang menyebabkan meluasnya penggunaan keluarga prepreg 5320-1 dalam industri pertahanan — dan yang terbaru program TRUST untuk struktur primer komposit berikat.

Ikhtisar program TFF. SUMBER | “Advances in Composite Materials and Design Tools” oleh Jan Vandenbrande, manajer program, Defense Sciences Office (DSO), DARPA di SAMPE 2019 (20-23 Mei, Charlotte, N.C., AS)

Diluncurkan pada tahun 2015, program Tailorable Feedstock and Forming (TFF) DARPA ditujukan untuk memungkinkan pembuatan suku cadang komposit yang cepat, murah, dan gesit dengan berat kurang dari 20 pon. Suku cadang komposit diperdagangkan sangat baik dengan logam untuk suku cadang kulit yang besar dan kaku dengan proses seperti penempatan serat otomatis dan tata letak pita. Namun, pada pesawat militer taktis yang khas, sekitar 80% bagian yang membentuk seluruh struktur badan pesawat memiliki berat kurang dari 20 pon. Sebagian besar bagian ini terbuat dari logam karena komposit hanya dapat menang dalam studi perdagangan untuk suku cadang pertahanan>20 pon.

Untuk mengatasi hal ini, TFF sedang mengembangkan bahan baku universal yang dapat disesuaikan untuk pembentukan (TuFF) — bahan yang menggunakan serat karbon berbasis PAN tradisional yang dipotong dengan panjang tertentu (pada akhirnya program ini berharap untuk menggunakan serat karbon pitch) dan serat diskontinyu yang sangat selaras yang dapat disesuaikan dalam panjang, modifikasi permukaan, matriks dan hibridisasi dengan bahan lain sambil mencapai kemampuan bentuk seperti lembaran logam melalui proses cepat seperti stamping. Subprogram TuFF dipimpin oleh University of Delaware (UD, Newark, De., U.S.).

Kinerja target untuk Bahan Baku Universal yang Disesuaikan untuk Pembentukan (TuFF ) bahan. SUMBER | “Kemajuan dalam Material Komposit dan Alat Desain” oleh Jan Vandenbrande, SAMPE 2019.

Perbandingan proses pembentukan dan pencetakan

Paralel TuFF untuk manufaktur adalah subprogram pembentukan, dipimpin oleh The Boeing Co. (Chicago, Ill., A.S.) dan disebut sebagai RApid High-Performance Moulding (RAPM). Mitra dalam RAPM tidak hanya menjangkau perusahaan yang terkenal di bidang kedirgantaraan, termasuk pemasok bahan Solvay (Alpharetta, Ga., AS) — Bahan Komposit Solvay (Brussels, Belgia dan Tempe, Az., AS) — dan spesialis struktur komposit termoplastik ATC Manufacturing ( Post Falls, Id., AS), tetapi juga perusahaan yang lebih sering dikaitkan dengan pasar otomotif dan industri seperti SGL Carbon (Wiesbaden, Jerman) dan spesialis pengontrol suhu piksel Surface Generation (Oakham, Rutland, Inggris), yang telah menghadirkan sistem pencetakan otomatis untuk komputer laptop cetakan kompresi, plastik cetakan injeksi, dan berbagai komponen dan proses komposit.

RAPM membandingkan beberapa metode pembentukan pada serangkaian demonstrator bagian. SUMBER |“Kemajuan dalam Material Komposit dan Alat Desain” oleh Jan Vandenbrande, SAMPE 2019.

Hasil yang dipresentasikan pada SAMPE 2019

Baik TuFF dan RAPM mempresentasikan hasil di SAMPE 2019 — total 14 presentasi — termasuk pengujian sifat material material baru dan demonstrasi pembentukan untuk satu set bagian demonstran yang menantang. Yang terakhir telah memungkinkan perbandingan bahan secara berdampingan dan proses, termasuk pembentukan cap komposit termoplastik dan pencetakan transfer resin termoset (RTM), termasuk pengembangan dari RTM bertekanan tinggi seperti otomotif (HP-RTM) ke varian bertekanan lebih rendah yang serupa dengan proses Ultra RTM yang digunakan oleh Audi dan Voith Composites . Proses juga telah dikembangkan menggunakan bingkai pegas untuk menahan penguat 2D untuk mencegah kerutan dan cacat lainnya selama prapembentukan/pencetakan bentuk 3D. Tolok ukur waktu siklus untuk semua proses adalah kurang dari 30 menit pada alat. Beberapa bagian yang dibuat dengan stamping komposit termoplastik mencapai waktu siklus serendah 5 menit.

Pemilihan Presentasi TFF SAMPE 2019

• Kemampuan Formabilitas TUFF Composite Blanks —Shridhar Yarlagadda, Pusat Bahan Komposit Universitas Delaware (UD-CCM)
• Daur Ulang Loop Tertutup CFRP Menjadi Komposit Serat Pendek Berkinerja Tinggi yang Sangat Sejajar —Dirk Heider, UD-CCM
• Evaluasi Penjajaran Serat Melalui Computed Tomography Sinar-X — Jennifer Sietins, Laboratorium Penelitian Angkatan Darat AS
• Pencetakan Berkinerja Tinggi Cepat (RAPM) untuk Suku Cadang Kecil — Gail Hahn, Perusahaan Boeing
• Fabrikasi Bagian Kompleks dengan Bagian Penarikan Dalam dengan Cetakan Transfer Resin — Tom Tsotsis, Perusahaan Boeing
• Fabrikasi Spring Frame Press dari Komponen Produksi Aerospace — Timothy Luchini, Perusahaan Boeing
• Pencetakan Cepat Berkinerja Tinggi dari Bagian Komposit Termoplastik Struktural — Gail Hahn, Perusahaan Boeing
• Analisis Tangkas Biaya Sel Manufaktur untuk Pencetakan Suku Cadang Komposit Kecil — Daniel Charles, Perusahaan Boeing

Sel cetak otomatis generasi permukaan

RAPM juga mengevaluasi sistem PtFS yang dipatenkan Surface Generation di berbagai aplikasi pemrosesan komposit termoplastik dan termoset kedirgantaraan bentuk-dekat dan bersih. Sel memproses prepreg, organosheet, dan serat kering, yang terakhir digunakan dalam infus resin.

Temuan sementara dirinci dalam 'Pengembangan Arsitektur Kontrol Dinamis yang Dapat Diskalakan untuk Sel Kerja Manufaktur Komposit Fleksibel' oleh Steven Shewchuk, The Boeing Company.

Surface Generation memasok tim RAPM dengan sel penjepit, perkakas, dan cetakan PtFS yang terintegrasi penuh yang mampu menghasilkan komponen komposit hingga 0,9 meter kali 0,9 meter. Sel dapat dikonfigurasi ulang untuk menghasilkan bagian yang berbeda dalam hitungan menit dan telah diuji dengan berbagai konfigurasi termasuk vakum, infus resin, termoset tekan-klaf, dan konsolidasi komposit termoplastik. Ini memiliki sejarah yang luas dan signifikan dari data pemrosesan bagian serta kemampuan untuk mencampur pemrosesan isotermal dan siklik.