Процесс изготовления изделий из термопластичных композиционных материалов
11-03-2019 Мир Гальваники 9

Процесс General Atomics по получению термопластичных композиционных материалов без инструментов предполагает использование двух роботов. Один (слева) наносит углеродное волокно/термопластичная лента. Второй (справа) обеспечивает подвижную опорную поверхность, на которую наносится лента.

Предприятие ракетно-космической отрасли General Atomics Aeronautical Systems Inc. (GA-ASI, Сан-Диего, штат Калифорния, США) разрабатывает инновационный процесс изготовления конструкций из термопластичных материалов, не требующий наличия традиционных форм или инструментальной оснастки. Предполагается, что система найдет свое применение на авиационном, космическом, военно-морском сегментах рынка, а также в ветроэнергетике.

Хотя безынструментальный процесс еще не получил официального названия, в нем используются два шестиосных робота, работающих совместно над нанесением термопластичной ленты на открытую поверхность в металлической или другой раме, обеспечивающей границы изготавливаемой конструкции (см. снимок). Компания Composite Automation LLC (Кейп-Корал, штат Флорида, США), используя оборудование Mikrosam (Прилеп, Македония), совместно с GA-ASI занималась разработкой автоматизации процесса.

Один робот включает в себя стандартную систему нанесения ленты в одном направлении, обеспечивающую лазерный нагрев для отверждения термопластичного материала на месте.

Второй «вспомогательный» робот действует в паре с автоматическим установщиком ленты и состоит из плоской металлической поверхности, фактически представляющей собой подвижную опорную поверхность, поверх которой автоматически наносится лента. Таким образом, устройство для наклеивания ленты и вспомогательное устройство перемещаются вместе в трехмерном пространстве, размещая материал. Каждый конец ленты фиксируется на раме, которой можно придать самые разные формы, в зависимости от применения. Также ленту можно регулировать с помощью роботов, чтобы изменить направление в трехмерном пространстве, создавая контуры и сложные формы.

Джон Гериджус, руководитель отдела инноваций/разработки передовой продукции в GA-ASI, работал над этой технологией четыре года совместно с Адамом Джонсом, руководителем отдела производственных технологий, и Полом Шерманом, инженером-проектировщиком. Он утверждает, что развитие процесса продолжается, отмечая, что компания все еще работает над оптимизацией систем программного обеспечения для робототехнического комплекса. Он также говорит, что процесс в большой степени зависит от системы контроля на месте при помощи камеры, регистрирующей дефекты материала и не только при процессе нанесения; система, называемая виртуальной сборочной оснасткой в реальном времени (RVAT), разработанная для GA-ASI компанией Trilion Quality Systems (Кинг-оф-Праша, штат Пенсильвания, США), предназначена для сравнения изготовленной конструкции с проектными данными из САПР с последующей оперативной корректировкой ленты прямо в процессе нанесения для соблюдения требований проектных спецификаций.

Гериджус говорит, что GA-ASI провела оценку нескольких систем с термопластичной смолой с применением данного процесса, включая полиэфирэфиркетон (ПЭЭК). Однако Гериджус сообщает, что компания добилась наибольшего успеха с легкоплавким полиарилэфиркетоном (ПАЭК) Cetex TC1225 производства фирмы TenCate Advanced Composites, принадлежащей компании Toray (Морган Хилл, штат Калифорния, США), в котором используется арматура из углеродного волокна от Toray.

GA-ASI подала заявку на патент для данного процесса, однако Гериджус говорит, что это было сделано, в первую очередь, чтобы защитить технологию от использования за пределами компании. Гериджус заявляет: «По сути, мы надеемся, что другие захотят стать нашими партнерами и помогать нам в развитии и становлении данной технологии».

На данный момент из сторонних организаций интерес к процессу проявили представители НАСА, которые, по словам Гериджуса, видят потенциал в его использовании для создания изделий в космосе. Он также полагает, что процесс можно эффективно применять для изготовления фюзеляжей и крыльев летательных аппаратов, а также лопастей ветряных турбин и военных кораблей.