Gellir atgyweirio'r pecyn cludadwy gydag ester gwydr ffibr/finyl UV-finyl neu ffibr carbon/prepreg epocsi wedi'i storio ar dymheredd yr ystafell ac offer halltu wedi'i bweru gan fatri. #InsideManufacturing #Infructure
Atgyweirio Patch Prepreg UV-furadwy Er bod yr atgyweiriad prepreg ffibr carbon/epocsi a ddatblygwyd gan Custom Technologies LLC ar gyfer y bont gyfansawdd mewnblyg yn syml ac yn gyflym, mae'r defnydd o ragflaeniad finyl UV-curadwy wedi'i atgyfnerthu â ffibr gwydr yn datblygu system fwy cyfleus wedi datblygu system fwy cyfleus . Ffynhonnell Delwedd: Custom Technologies LLC
Mae pontydd modiwlaidd y gellir eu defnyddio yn asedau critigol ar gyfer gweithrediadau tactegol milwrol a logisteg, yn ogystal ag adfer seilwaith trafnidiaeth yn ystod trychinebau naturiol. Mae strwythurau cyfansawdd yn cael eu hastudio i leihau pwysau pontydd o'r fath, a thrwy hynny leihau'r baich ar gerbydau cludo a mecanweithiau adfer lansio. O'i gymharu â phontydd metel, mae gan ddeunyddiau cyfansawdd hefyd y potensial i gynyddu capasiti sy'n dwyn llwyth ac ymestyn oes gwasanaeth.
Mae'r Bont Gyfansawdd Modiwlaidd Uwch (AMCB) yn enghraifft. Mae Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) a Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) yn defnyddio laminiadau epocsi wedi'u atgyfnerthu â ffibr carbon (Ffigur 1). ) Dylunio ac adeiladu). Fodd bynnag, mae'r gallu i atgyweirio strwythurau o'r fath yn y maes wedi bod yn fater sy'n rhwystro mabwysiadu deunyddiau cyfansawdd.
Ffigur 1 Pont Gyfansawdd, Dyluniwyd ac adeiladwyd Pont Gyfansawdd Modiwlaidd Advanced Asset Key (AMCB) gan Seemann Composites LLC a Materials Sciences LLC gan ddefnyddio cyfansoddion resin epocsi wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon. Ffynhonnell Delwedd: Seeman Composites LLC (chwith) a Byddin yr UD (dde).
Yn 2016, derbyniodd Custom Technologies LLC (Millersville, MD, yr UD) grant Cam 1 a ariennir gan Fyddin yr Unol Daleithiau (SBIR) i ddatblygu dull atgyweirio y gall milwyr ei berfformio'n llwyddiannus ar y safle. Yn seiliedig ar y dull hwn, dyfarnwyd ail gam y grant SBIR yn 2018 i arddangos deunyddiau newydd ac offer sy'n cael eu pweru gan fatri, hyd yn oed os yw'r clwt yn cael ei berfformio gan ddechreuwr heb hyfforddiant blaenorol, gellir adfer 90% neu fwy o'r strwythur yn amrwd cryfder. Mae ymarferoldeb y dechnoleg yn cael ei bennu trwy berfformio cyfres o ddadansoddiad, dewis deunyddiau, gweithgynhyrchu sbesimenau a thasgau profi mecanyddol, yn ogystal ag atgyweiriadau ar raddfa fach a graddfa lawn.
Y prif ymchwilydd yn y ddau gam SBIR yw Michael Bergen, sylfaenydd a llywydd Custom Technologies LLC. Ymddeolodd Bergen o Carterock o Ganolfan Rhyfela Arwyneb y Llynges (NSWC) a gwasanaethodd yn yr Adran Strwythurau a Deunyddiau am 27 mlynedd, lle bu’n rheoli datblygu a chymhwyso technolegau cyfansawdd yn fflyd Llynges yr UD. Ymunodd Dr. Roger Crane â Custom Technologies yn 2015 ar ôl ymddeol o Lynges yr UD yn 2011 ac mae wedi gwasanaethu am 32 mlynedd. Mae ei arbenigedd deunyddiau cyfansawdd yn cynnwys cyhoeddiadau technegol a patentau, sy'n ymdrin â phynciau fel deunyddiau cyfansawdd newydd, gweithgynhyrchu prototeip, dulliau cysylltu, deunyddiau cyfansawdd amlswyddogaethol, monitro iechyd strwythurol, ac adfer deunydd cyfansawdd.
Mae'r ddau arbenigwr wedi datblygu proses unigryw sy'n defnyddio deunyddiau cyfansawdd i atgyweirio'r craciau yn uwch-strwythur alwminiwm y Ticonderoga CG-47 Dosbarth CG-47 Dosbarth Mordeithio Taflegrau 5456. “Datblygwyd y broses i leihau twf craciau ac i wasanaethu fel amgen economaidd amgen economaidd i ddisodli bwrdd platfform o 2 i 4 miliwn o ddoleri, ”meddai Bergen. “Felly fe wnaethon ni brofi ein bod ni’n gwybod sut i berfformio atgyweiriadau y tu allan i’r labordy ac mewn amgylchedd gwasanaeth go iawn. Ond yr her yw nad yw dulliau asedau milwrol cyfredol yn llwyddiannus iawn. Yr opsiwn yw atgyweirio deublyg wedi'i bondio [yn y bôn mewn ardaloedd sydd wedi'u difrodi gludwch fwrdd i'r brig] neu dynnu'r ased o wasanaeth ar gyfer atgyweiriadau lefel warws (lefel D). Oherwydd bod angen atgyweiriadau lefel D, rhoddir llawer o asedau o'r neilltu. ”
Aeth ymlaen i ddweud mai'r hyn sydd ei angen yw dull y gall milwyr ei berfformio heb unrhyw brofiad mewn deunyddiau cyfansawdd, gan ddefnyddio citiau a llawlyfrau cynnal a chadw yn unig. Ein nod yw gwneud y broses yn syml: darllenwch y llawlyfr, gwerthuso'r difrod a pherfformio atgyweiriadau. Nid ydym am gymysgu resinau hylif, gan fod hyn yn gofyn am fesur manwl gywir i sicrhau iachâd llwyr. Mae angen system arnom hefyd heb unrhyw wastraff peryglus ar ôl cwblhau atgyweiriadau. A rhaid ei becynnu fel pecyn y gellir ei ddefnyddio gan y rhwydwaith presennol. "
Un ateb a ddangosodd technolegau arfer yn llwyddiannus yw pecyn cludadwy sy'n defnyddio glud epocsi anodd ei anadlu i addasu'r darn cyfansawdd gludiog yn ôl maint y difrod (hyd at 12 modfedd sgwâr). Cwblhawyd yr arddangosiad ar ddeunydd cyfansawdd sy'n cynrychioli dec AMCB 3 modfedd o drwch. Mae gan y deunydd cyfansawdd graidd pren balsa 3 modfedd o drwch (15 pwys y dwysedd troed ciwbig) a dwy haen o fectorply (Phoenix, Arizona, UD) C -LT 1100 Ffibr Carbon 0 °/90 ° Ffabrig wedi'i bwytho biaxial, un haen o, un haen o C-TLX 1900 Ffibr Carbon 0 °/+45 °/-45 ° Tri siafft a dwy haen o C-LT 1100, cyfanswm o bum haen. “Fe wnaethon ni benderfynu y bydd y pecyn yn defnyddio clytiau parod mewn lamineiddio lled-isotropig tebyg i aml-echel fel na fydd cyfeiriad y ffabrig yn broblem,” meddai Crane.
Y rhifyn nesaf yw'r matrics resin a ddefnyddir ar gyfer atgyweirio lamineiddio. Er mwyn osgoi cymysgu resin hylif, bydd y clwt yn defnyddio prepreg. “Fodd bynnag, mae’r heriau hyn yn storio,” esboniodd Bergen. Er mwyn datblygu datrysiad patsh storadwy, mae Custom Technologies wedi partneru â Sunrez Corp. (El Cajon, California, UDA) i ddatblygu prepreg ffibr gwydr/ester finyl a all ddefnyddio golau uwchfioled (UV) mewn halltu golau chwe munud. Cydweithiodd hefyd â Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, UDA), a oedd yn awgrymu defnyddio ffilm epocsi hyblyg newydd.
Mae astudiaethau cynnar wedi dangos mai resin epocsi yw'r resin fwyaf addas ar gyfer prepregs ffibr carbon-UV-uv-ester finyl a ffibr gwydr tryleu yn gweithio'n dda, ond nid ydynt yn gwella o dan ffibr carbon sy'n blocio golau. Yn seiliedig ar ffilm newydd Gougeon Brothers, mae'r prepreg epocsi olaf wedi'i wella am 1 awr ar 210 ° F/99 ° C ac mae ganddo oes silff hir ar dymheredd yr ystafell-dim angen storio tymheredd isel. Dywedodd Bergen, os oes angen tymheredd trosglwyddo gwydr uwch (TG), bydd y resin hefyd yn cael ei wella ar dymheredd uwch, fel 350 ° F/177 ° C. Darperir y ddau prepreg mewn pecyn atgyweirio cludadwy fel pentwr o glytiau prepreg wedi'u selio mewn amlen ffilm blastig.
Gan y gellir storio'r pecyn atgyweirio am amser hir, mae'n ofynnol i Technologies Custom gynnal astudiaeth oes silff. “Fe wnaethon ni brynu pedwar lloc plastig caled - math milwrol nodweddiadol a ddefnyddir mewn offer cludo - a rhoi samplau o ludiog epocsi ac ester finyl prepreg ym mhob lloc,” meddai Bergen. Yna gosodwyd y blychau mewn pedwar lleoliad gwahanol i'w profi: to Ffatri Brodyr Gougeon ym Michigan, to Maes Awyr Maryland, y cyfleuster awyr agored yn Nyffryn Yucca (Anialwch California), a'r labordy profi cyrydiad awyr agored yn Southern Florida. Mae gan bob achos logwyr data, mae Bergen yn tynnu sylw, “Rydym yn cymryd samplau data a materol i'w gwerthuso bob tri mis. Y tymheredd uchaf a gofnodir yn y blychau yn Florida a California yw 140 ° F, sy'n dda ar gyfer y mwyafrif o resinau adfer. Mae'n her go iawn. ” Yn ogystal, profodd Gougeon Brothers yn fewnol y resin epocsi pur newydd ei ddatblygu. “Mae samplau sydd wedi’u gosod mewn popty ar 120 ° F am sawl mis yn dechrau polymeiddio,” meddai Bergen. “Fodd bynnag, ar gyfer y samplau cyfatebol a gedwir ar 110 ° F, dim ond ychydig bach y gwnaeth cemeg y resin wella.”
Gwiriwyd yr atgyweiriad ar y bwrdd prawf a'r model graddfa hwn o AMCB, a ddefnyddiodd yr un deunydd laminedig a chraidd â'r bont wreiddiol a adeiladwyd gan Seemann Composites. Ffynhonnell Delwedd: Custom Technologies LLC
Er mwyn dangos y dechneg atgyweirio, rhaid cynhyrchu, difrodi ac atgyweirio lamineiddio cynrychioliadol. “Yng ngham cyntaf y prosiect, gwnaethom ddefnyddio trawstiau 4 x 48 modfedd ar raddfa fach a phrofion plygu pedwar pwynt i ddechrau i werthuso ymarferoldeb ein proses atgyweirio,” meddai Klein. “Yna, fe wnaethon ni drawsnewid i baneli 12 x 48 modfedd yn ail gam y prosiect, rhoi llwythi i gynhyrchu cyflwr straen biaxial i achosi methiant, ac yna gwerthuso’r perfformiad atgyweirio. Yn yr ail gam, gwnaethom hefyd gwblhau'r model AMCB y gwnaethom adeiladu gwaith cynnal a chadw. ”
Dywedodd Bergen fod y panel prawf a ddefnyddiwyd i brofi’r perfformiad atgyweirio wedi’i weithgynhyrchu gan ddefnyddio’r un llinach o laminiadau a deunyddiau craidd ag AMCB a weithgynhyrchwyd gan Seemann Composites, “ond gwnaethom leihau trwch y panel o 0.375 modfedd i 0.175 modfedd, yn seiliedig ar y theorem echel gyfochrog . Mae hyn yn wir. Defnyddiwyd y dull, ynghyd ag elfennau ychwanegol theori trawst a theori lamineiddio glasurol [CLT], i gysylltu eiliad syrthni a stiffrwydd effeithiol yr AMCB ar raddfa lawn gyda chynnyrch demo maint llai sy'n haws ei drin a mwy cost-effeithiol. Yna, ni ddefnyddiwyd y model dadansoddiad elfen gyfyngedig [FEA] a ddatblygwyd gan Xcraft Inc. (Boston, Massachusetts, UDA) i wella dyluniad atgyweiriadau strwythurol. ” Prynwyd y ffabrig ffibr carbon a ddefnyddiwyd ar gyfer y paneli prawf a phrynwyd y model AMCB gan Vectorply, a gwnaed craidd Balsa gan gyfansoddion craidd (Bryste, RI, UD).
Cam 1. Mae'r panel prawf hwn yn arddangos diamedr twll 3 modfedd i efelychu difrod wedi'i farcio yn y canol ac atgyweirio'r cylchedd. Ffynhonnell Llun ar gyfer Pob Cam: Custom Technologies LLC.
Cam 2. Defnyddiwch grinder â llaw wedi'i bweru gan fatri i gael gwared ar y deunydd sydd wedi'i ddifrodi ac amgáu'r darn atgyweirio gyda thapr 12: 1.
“Rydyn ni eisiau efelychu gradd uwch o ddifrod ar y bwrdd prawf nag y gellir ei weld ar ddec y bont yn y maes,” esboniodd Bergen. “Felly ein dull ni yw defnyddio llif twll i wneud twll diamedr 3 modfedd. Yna, rydyn ni'n tynnu allan y plwg o'r deunydd sydd wedi'i ddifrodi ac yn defnyddio grinder niwmatig llaw i brosesu sgarff 12: 1. ”
Esboniodd Crane, ar gyfer atgyweirio ffibr carbon/epocsi, unwaith y bydd y deunydd panel “wedi'i ddifrodi” yn cael ei dynnu a bod sgarff priodol yn cael ei gymhwyso, bydd y prepreg yn cael ei dorri i led a hyd i gyd -fynd â thapr yr ardal sydd wedi'i difrodi. “Ar gyfer ein panel prawf, mae hyn yn gofyn am bedair haen o prepreg i gadw'r deunydd atgyweirio yn gyson â brig y panel carbon gwreiddiol heb ei ddifrodi. Ar ôl hynny, mae'r tair haen gorchudd o garbon/epocsi prepreg wedi'u canolbwyntio ar hyn ar y rhan sydd wedi'i hatgyweirio. Mae pob haen yn olynol yn ymestyn 1 fodfedd ar bob ochr i'r haen isaf, sy'n darparu trosglwyddiad llwyth graddol o'r deunydd “da” o'i amgylch i'r ardal sydd wedi'i hatgyweirio. " Cyfanswm yr amser i gyflawni'r atgyweiriad hwn sy'n cynnwys paratoi ardal atgyweirio, torri a gosod y deunydd adfer a chymhwyso'r weithdrefn halltu-tua 2.5 awr.
Ar gyfer prepreg ffibr carbon/epocsi, mae'r ardal atgyweirio wedi'i phacio a'i halltu ar wactod ar 210 ° F/99 ° C am awr gan ddefnyddio bonder thermol wedi'i bweru gan fatri.
Er bod atgyweirio carbon/epocsi yn syml ac yn gyflym, roedd y tîm yn cydnabod yr angen am ateb mwy cyfleus i adfer perfformiad. Arweiniodd hyn at archwilio prepregs halltu uwchfioled (UV). “Mae’r diddordeb yn Sunrez Vinyl Ester Resins yn seiliedig ar brofiad llyngesol blaenorol gyda sylfaenydd y cwmni Mark Livesay,” esboniodd Bergen. “Yn gyntaf, gwnaethom ddarparu ffabrig gwydr lled-isotropig i Sunrez, gan ddefnyddio eu prepreg ester finyl, a gwerthuso'r gromlin halltu o dan amodau gwahanol. Yn ogystal, oherwydd ein bod yn gwybod nad yw resin finyl ester yn debyg i resin epocsi sy'n darparu perfformiad adlyniad eilaidd addas, felly mae angen ymdrechion ychwanegol i werthuso amrywiol asiantau cyplu haen gludiog a phenderfynu pa un sy'n addas ar gyfer y cais. "
Problem arall yw na all ffibrau gwydr ddarparu'r un priodweddau mecanyddol â ffibrau carbon. “O’i gymharu â chlytia carbon/epocsi, mae’r broblem hon yn cael ei datrys trwy ddefnyddio haen ychwanegol o ester gwydr/finyl,” meddai Crane. “Y rheswm pam mai dim ond un haen ychwanegol sydd ei hangen yw bod y deunydd gwydr yn ffabrig trymach.” Mae hyn yn cynhyrchu darn addas y gellir ei gymhwyso a'i gyfuno o fewn chwe munud hyd yn oed ar dymheredd mewnblyg oer/rhewllyd iawn. Halltu heb ddarparu gwres. Tynnodd Crane sylw y gellir cwblhau'r gwaith atgyweirio hwn o fewn awr.
Mae'r ddwy system patsh wedi'u dangos a'u profi. Ar gyfer pob atgyweiriad, mae'r ardal sydd i'w difrodi wedi'i marcio (Cam 1), wedi'i chreu â llif twll, ac yna'n cael ei dynnu gan ddefnyddio grinder â llaw wedi'i bweru gan fatri (Cam 2). Yna torrwch yr ardal wedi'i hatgyweirio yn dapr 12: 1. Glanhewch wyneb y sgarff gyda pad alcohol (cam 3). Nesaf, torrwch y darn atgyweirio i faint penodol, rhowch ef ar yr wyneb wedi'i lanhau (Cam 4) a'i gydgrynhoi â rholer i gael gwared â swigod aer. Ar gyfer prepreg ester finyl ffibr gwydr/uv, yna rhowch yr haen rhyddhau ar yr ardal sydd wedi'i hatgyweirio a gwella'r clwt gyda lamp UV diwifr am chwe munud (cam 5). Ar gyfer prepreg ffibr carbon/epocsi, defnyddiwch bonder thermol wedi'i bweru gan fatri wedi'i raglennu ymlaen llaw i becyn gwactod a gwella'r ardal sydd wedi'i hatgyweirio ar 210 ° F/99 ° C am awr.
Cam 5. Ar ôl gosod yr haen plicio ar yr ardal sydd wedi'i hatgyweirio, defnyddiwch lamp UV diwifr i wella'r clwt am 6 munud.
“Yna fe wnaethon ni gynnal profion i werthuso gludedd y clwt a’i allu i adfer capasiti sy’n dwyn llwyth y strwythur,” meddai Bergen. “Yn y cam cyntaf, mae angen i ni brofi rhwyddineb cymhwyso a’r gallu i adfer o leiaf 75% o’r cryfder. Gwneir hyn trwy blygu pedwar pwynt ar resin ffibr carbon/epocsi 4 x 48 modfedd a thrawst craidd balsa ar ôl atgyweirio'r difrod efelychiedig. Ie. Defnyddiodd ail gam y prosiect banel 12 x 48 modfedd, a rhaid iddo arddangos mwy na 90% o ofynion cryfder o dan lwythi straen cymhleth. Gwnaethom gyflawni'r holl ofynion hyn, ac yna tynnu llun o'r dulliau atgyweirio ar y model AMCB. Sut i ddefnyddio technoleg ac offer mewnblyg i ddarparu cyfeiriad gweledol. ”
Agwedd allweddol ar y prosiect yw profi y gall dechreuwyr gwblhau'r atgyweiriad yn hawdd. Am y rheswm hwn, roedd gan Bergen syniad: “Rwyf wedi addo dangos i’n dau gyswllt technegol yn y Fyddin: Dr. Bernard Sia ac Ashley Genna. Yn yr adolygiad olaf o gam cyntaf y prosiect, gofynnais am ddim atgyweiriadau. Profiadol Perfformiodd Ashley yr atgyweiriad. Gan ddefnyddio'r pecyn a'r llawlyfr a ddarparwyd gennym, cymhwysodd y clwt a chwblhau'r atgyweiriad heb unrhyw broblemau. ”
Ffigur 2 Gall y peiriant bondio thermol wedi'i bweru ymlaen llaw, wedi'i bweru gan fatri, beiriant bondio thermol wedi'i bweru gan fatri wella'r darn atgyweirio ffibr carbon/epocsi wrth wthio botwm, heb yr angen am wybodaeth atgyweirio na rhaglennu cylch halltu. Ffynhonnell Delwedd: Custom Technologies, LLC
Datblygiad allweddol arall yw'r system halltu sy'n cael ei phweru gan fatri (Ffigur 2). “Trwy gynnal a chadw mewnblyg, dim ond pŵer batri sydd gennych,” nododd Bergen. “Mae'r holl offer proses yn y pecyn atgyweirio a ddatblygwyd gennym yn ddi -wifr.” Mae hyn yn cynnwys bondio thermol wedi'u pweru gan fatri a ddatblygwyd ar y cyd gan dechnolegau arfer a pheiriant bondio thermol Wichitech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, UDA) Peiriant. “Mae’r bonder thermol sy’n cael ei bweru gan fatri yn cael ei raglennu ymlaen llaw i gwblhau halltu, felly nid oes angen i ddechreuwyr raglennu’r cylch halltu,” meddai Crane. “Does ond angen iddyn nhw wasgu botwm i gwblhau’r ramp a socian iawn.” Gall y batris sy'n cael eu defnyddio ar hyn o bryd bara am flwyddyn cyn bod angen eu hailwefru.
Gyda chwblhau ail gam y prosiect, mae Custom Technologies yn paratoi cynigion gwella dilynol ac yn casglu llythyrau o ddiddordeb a chefnogaeth. “Ein nod yw aeddfedu’r dechnoleg hon i TRL 8 a dod â hi i’r maes,” meddai Bergen. “Rydyn ni hefyd yn gweld y potensial ar gyfer cymwysiadau an-filwrol.”
Yn esbonio'r hen gelf y tu ôl i atgyfnerthu ffibr cyntaf y diwydiant, ac mae ganddo ddealltwriaeth fanwl o wyddoniaeth ffibr newydd a datblygiad yn y dyfodol.
Yn dod yn fuan ac yn hedfan am y tro cyntaf, mae'r 787 yn dibynnu ar arloesiadau mewn deunyddiau a phrosesau cyfansawdd i gyflawni ei nodau
Amser Post: Medi-02-2021