【據compositesworld網站2019年5月28日報道】美國國防部高級研究計劃局(DARPA)在推進復合材料技術發(fā)展方面有著悠久的傳統(tǒng)和歷史，其承擔研究的項目中包括用于推進系統(tǒng)的“經濟可承受性復合材料”(Affordable Composites for Propulsion)，“非熱壓罐工藝成型材料”(Out of Autoclave Materials)等，這些項目的研究使得5320-1系列預浸料在國防工業(yè)中取得了廣泛應用。此外，DARPA近期還承擔了TRUST項目，研究復合材料一級結構的粘結。
DARPA的“原料剪裁與成形”(TFF)計劃于2015年推出，旨在實現(xiàn)重量小于20磅（9.07千克）的復合材料部件的快速、低成本和靈活制造。在大型復合材料部件的使用上，例如，利用自動纖維鋪放和自動帶層疊等工藝制造大尺寸、強化蒙皮部件，復合材料已經展現(xiàn)出了與金屬材料相比更好的適用性。不過，在典型的戰(zhàn)術軍用飛機結構中，構成整個機身結構的大約80%的部件重量不到20磅（9.07千克）。而這其中絕大多數(shù)零件都是由金屬制成的，因為復合材料只能在重量超過20磅（9.07千克）的主要防御部件中，相較于金屬材料取得明顯的優(yōu)勢。
為了解決這個問題，TFF項目中正在開發(fā)一種用于成形的可定制通用原料(TuFF)——一種使用傳統(tǒng)聚丙烯腈(PAN)基碳纖維裁剪成特定長度的材料(最終該計劃希望使用瀝青基碳纖維)以及高度對齊的不連續(xù)纖維，這些纖維可以訂制長度、表面改性、基體，并可以與其他材料的相結合，通過沖壓等快速工藝實現(xiàn)類似金屬板材的成形性。TuFF子項目由特拉華大學領導實施。
成形工藝比較
TuFF的并行制造是由波音公司領導的成形子項目，名為“RApid高性能成型”(RAPM)。RAPM的合作伙伴不僅包括航空航天領域的公司，還包括材料供應商索爾維復合材料公司(比利時)和熱塑性復合材料結構專家ATC制造技術公司，以及更多經常與汽車和工業(yè)市場相關的公司，如西格里碳素公司(SGL Carbon，德國)和像素化的溫度控制專家表面生成公司(Surface Generation，英國)，該公司已經提供了自動化成型系統(tǒng)，可用于壓制成型的筆記本電腦用部件以及注塑成型塑料和一系列復合材料零部件。
結果在SAMPE 2019峰會上進行了展現(xiàn)
TuFF和RAPM在2018年SAMPE展會上共展示了14項研究成果-包括對新材料的材料性能測試以及針對一系列具有挑戰(zhàn)性的零部件的成形演示驗證。后者能夠對材料和工藝進行直觀的比較，不僅包括熱塑性復合材料成形和熱固性復合材料樹脂傳遞模塑(RTM)，還包括從汽車工業(yè)中常用的高壓RTM(HP-RTM)開發(fā)類似于奧迪和福伊特復合材料中經常使用的低壓超級RTM工藝。還開發(fā)了使用彈簧加壓框架固定2D增強件以防止在3D形狀預成形/模制期間出現(xiàn)褶皺和其他缺陷的工藝。所有工藝的生產循環(huán)周期基準經過測試均不到30分鐘。一些采用熱塑性復合材料沖壓制成的零件可實現(xiàn)低至5分鐘的生產循環(huán)周期。
表面生成公司的自動模塑結構單元
RAPM還評估了表面生成公司具有自主知識產權的PtFS系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于各種近凈形和凈形航空航天熱固性和熱塑性復合材料加工應用?？赡K化處理預浸料、有機片和干纖維，其中后者用于樹脂灌注。
中期研究結果在波音公司的Steven Shewchuk撰寫的“柔性復合材料制造工作單元的可擴展動態(tài)控制架構的開發(fā)”中有詳細介紹。
表面生成公司為RAPM團隊提供了一個完全集成的定制PtFS夾板、工具和模塑工作單元，能夠生產最大可達0.9米×0.9米的復合材料部件。工作單元可以在幾分鐘內重新配置以生產不同的部件，并已經過多種配置的測試，包括真空、樹脂灌注、熱固性和熱塑性復合材料壓力固化成形。該系統(tǒng)具有廣泛而重要的零件加工數(shù)據積累，同時也具有等溫混合和循環(huán)加工的能力。
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