أخبار

تعتمد شركات تصنيع المعدات الأصلية في مجال الطيران منذ فترة طويلة على مواد ألياف الكربون المتصلدة بالحرارة لصنع أجزاء هيكلية مركبة قوية للغاية للطائرات، وتتبنى الآن فئة أخرى من مواد ألياف الكربون حيث يعد التقدم التكنولوجي بالتصنيع الآلي لأجزاء جديدة غير حرارية بكميات كبيرة وتكلفة منخفضة و وزن أخف.

قال ستيفان ديون، نائب الرئيس الهندسي في وحدة الهياكل المتقدمة بشركة Collins Aerospace، إنه على الرغم من أن المواد المركبة من ألياف الكربون البلاستيكية الحرارية "كانت موجودة منذ فترة طويلة"، إلا أنه في الآونة الأخيرة فقط، أمكن لمصنعي الطيران النظر في استخدامها على نطاق واسع في صنع أجزاء الطائرات، بما في ذلك المكونات الهيكلية الأولية.

وقال إن مركبات ألياف الكربون البلاستيكية الحرارية من المحتمل أن توفر لمصنعي المعدات الأصلية في مجال الطيران العديد من المزايا مقارنة بالمركبات الحرارية، ولكن حتى وقت قريب لم يتمكن المصنعون من صنع أجزاء من المركبات البلاستيكية الحرارية بمعدلات عالية وبتكلفة منخفضة.

في السنوات الخمس الماضية، بدأت الشركات المصنعة للمعدات الأصلية في النظر إلى ما هو أبعد من صنع الأجزاء من المواد المتصلبة بالحرارة مع تطور علم تصنيع الأجزاء المركبة من ألياف الكربون، أولاً لاستخدام تقنيات ضخ الراتنج وقولبة نقل الراتنج (RTM) لصنع أجزاء الطائرات، ثم لاستخدام المواد المركبة بالحرارة.

استثمرت شركة GKN Aerospace بشكل كبير في تطوير تقنية ضخ الراتنج وتقنية RTM لتصنيع المكونات الهيكلية للطائرات الكبيرة بأسعار معقولة وبأسعار مرتفعة. تقوم GKN الآن بتصنيع صاري جناح مركب من قطعة واحدة بطول 17 مترًا باستخدام تصنيع ضخ الراتنج، وفقًا لماكس براون، نائب الرئيس للتكنولوجيا في مبادرة Horizon 3 للتقنيات المتقدمة التابعة لشركة GKN Aerospace.

وشملت الاستثمارات الثقيلة لمصنعي المعدات الأصلية في التصنيع المركب في السنوات القليلة الماضية أيضًا الإنفاق بشكل استراتيجي على تطوير القدرات للسماح بتصنيع كميات كبيرة من الأجزاء البلاستيكية الحرارية، وفقًا لديون.

يكمن الاختلاف الأكثر وضوحًا بين المواد المتصلدة بالحرارة والمواد البلاستيكية الحرارية في حقيقة أن المواد المتصلدة بالحرارة يجب أن يتم حفظها في مخزن بارد قبل تشكيلها إلى أجزاء، وبمجرد تشكيلها، يجب أن يخضع الجزء المتصلد بالحرارة للمعالجة لعدة ساعات في الأوتوكلاف. تتطلب العمليات قدرًا كبيرًا من الطاقة والوقت، وبالتالي فإن تكاليف إنتاج الأجزاء المتصلدة بالحرارة تميل إلى البقاء مرتفعة.

يؤدي العلاج إلى تغيير البنية الجزيئية للمركب المتصلد بالحرارة بشكل لا رجعة فيه، مما يمنح الجزء قوته. ومع ذلك، في المرحلة الحالية من التطور التكنولوجي، فإن المعالجة أيضًا تجعل المادة الموجودة في الجزء غير مناسبة لإعادة الاستخدام في مكون هيكلي أساسي.

ومع ذلك، فإن المواد البلاستيكية الحرارية لا تتطلب تخزينًا باردًا أو خبزًا عند تحويلها إلى أجزاء، وفقًا لديون. ويمكن ختمها في الشكل النهائي لجزء بسيط - كل قوس لإطارات جسم الطائرة في طائرة إيرباص A350 عبارة عن جزء مركب من اللدائن الحرارية - أو في مرحلة وسيطة من مكون أكثر تعقيدًا.

يمكن لحام المواد البلاستيكية الحرارية معًا بطرق مختلفة، مما يسمح بتصنيع أجزاء معقدة عالية الشكل من هياكل فرعية بسيطة. اليوم يتم استخدام اللحام التعريفي بشكل أساسي، والذي يسمح فقط بتصنيع الأجزاء المسطحة ذات السماكة الثابتة من الأجزاء الفرعية، وفقًا لديون. ومع ذلك، يقوم كولينز بتطوير تقنيات اللحام بالاهتزاز والاحتكاك لربط الأجزاء البلاستيكية الحرارية، والتي بمجرد اعتمادها تتوقع أنها ستسمح لها في النهاية بإنتاج "هياكل معقدة متقدمة حقًا"، على حد قوله.

إن القدرة على لحام المواد البلاستيكية الحرارية معًا لصنع هياكل معقدة تسمح للمصنعين بالتخلص من البراغي المعدنية والمثبتات والمفصلات التي تتطلبها الأجزاء المتصلبة بالحرارة للتوصيل والطي، وبالتالي خلق فائدة في خفض الوزن تبلغ حوالي 10 بالمائة، حسب تقديرات براون.

ومع ذلك، فإن المركبات البلاستيكية الحرارية ترتبط بالمعادن بشكل أفضل من المركبات المتصلدة بالحرارة، وفقًا لبراون. وفي حين أن مشاريع البحث والتطوير الصناعية التي تهدف إلى تطوير التطبيقات العملية لخاصية اللدائن الحرارية تظل "عند مستوى الاستعداد التكنولوجي المبكر للنضج"، فإنها قد تسمح في نهاية المطاف لمهندسي الفضاء بتصميم مكونات تحتوي على هياكل متكاملة هجينة من اللدائن الحرارية والمعادن.

يمكن أن يكون أحد التطبيقات المحتملة، على سبيل المثال، مقعدًا للركاب خفيف الوزن مكونًا من قطعة واحدة يحتوي على جميع الدوائر المعدنية اللازمة للواجهة التي يستخدمها الراكب لتحديد خيارات الترفيه على متن الطائرة والتحكم فيها، وإضاءة المقعد، والمروحة العلوية. ، وضبط إمالة المقعد إلكترونيًا، وعتامة ظل النافذة، وغيرها من الوظائف.

على عكس المواد المتصلدة بالحرارة، التي تحتاج إلى المعالجة لإنتاج الصلابة والقوة والشكل المطلوب من الأجزاء التي يتم تصنيعها فيها، فإن الهياكل الجزيئية للمواد المركبة البلاستيكية الحرارية لا تتغير عند تحويلها إلى أجزاء، وفقًا لديون.

ونتيجة لذلك، فإن المواد البلاستيكية الحرارية تكون أكثر مقاومة للكسر عند الاصطدام من المواد المتصلبة بالحرارة بينما توفر صلابة وقوة هيكلية مماثلة، إن لم تكن أقوى. قال ديون: "لذلك يمكنك تصميم [أجزاء] بمقاييس أرق بكثير"، مما يعني أن الأجزاء البلاستيكية الحرارية تزن أقل من أي أجزاء حرارية يتم استبدالها، حتى بصرف النظر عن تخفيضات الوزن الإضافية الناتجة عن حقيقة أن الأجزاء البلاستيكية الحرارية لا تتطلب براغي أو مثبتات معدنية .

يجب أن تكون إعادة تدوير الأجزاء البلاستيكية الحرارية أيضًا عملية أبسط من إعادة تدوير الأجزاء الحرارية. في ظل الوضع الحالي للتكنولوجيا (ولبعض الوقت في المستقبل)، فإن التغييرات التي لا رجعة فيها في البنية الجزيئية الناتجة عن معالجة المواد المتصلدة بالحرارة تمنع استخدام المواد المعاد تدويرها لصنع أجزاء جديدة ذات قوة مكافئة.

تتضمن إعادة تدوير الأجزاء المتصلبة بالحرارة طحن ألياف الكربون الموجودة في المادة إلى أطوال صغيرة وحرق خليط الألياف والراتنج قبل إعادة معالجته. وقال براون إن المواد التي يتم الحصول عليها لإعادة المعالجة أضعف من الناحية الهيكلية من المواد المتصلبة بالحرارة التي تم تصنيع الجزء المعاد تدويرها منها، لذا فإن إعادة تدوير الأجزاء المتصلدة بالحرارة إلى أجزاء جديدة عادة ما تحول "الهيكل الثانوي إلى هيكل ثالث".

من ناحية أخرى، نظرًا لأن الهياكل الجزيئية للأجزاء البلاستيكية الحرارية لا تتغير في عمليات تصنيع الأجزاء وربط الأجزاء، فيمكن ببساطة صهرها إلى شكل سائل وإعادة معالجتها إلى أجزاء قوية مثل الأجزاء الأصلية، وفقًا لديون.

يمكن لمصممي الطائرات الاختيار من بين مجموعة واسعة من المواد البلاستيكية الحرارية المختلفة المتاحة للاختيار من بينها في تصميم وتصنيع الأجزاء. وقال ديون: "تتوفر مجموعة واسعة جدًا من الراتنجات" التي يمكن دمج خيوط ألياف الكربون أحادية البعد أو النسج ثنائية الأبعاد فيها، مما ينتج خصائص مواد مختلفة. "الراتنجات الأكثر إثارة هي الراتنجات منخفضة الذوبان،" التي تذوب عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا وبالتالي يمكن تشكيلها وتشكيلها في درجات حرارة منخفضة.

توفر الفئات المختلفة من اللدائن الحرارية أيضًا خصائص مختلفة للصلابة (عالية ومتوسطة ومنخفضة) والجودة الشاملة، وفقًا لديون. الراتنجات عالية الجودة هي الأكثر تكلفة، وتمثل القدرة على تحمل التكاليف كعب أخيل لللدائن الحرارية مقارنة بالمواد المتصلدة بالحرارة. وقال براون إن تكلفتها عادة أكثر من تكلفة المواد المتصلدة بالحرارة، ويجب على مصنعي الطائرات أخذ هذه الحقيقة في الاعتبار عند حسابات تصميم التكلفة/الفائدة.

ولهذا السبب جزئيًا، ستواصل شركة GKN Aerospace وغيرها التركيز بشكل أكبر على المواد المتصلدة بالحرارة عند تصنيع الأجزاء الهيكلية الكبيرة للطائرات. إنهم يستخدمون بالفعل مواد لدنة بالحرارة على نطاق واسع في صنع أجزاء هيكلية أصغر مثل الذيل والدفة والمفسدين. ومع ذلك، قريبًا، عندما يصبح التصنيع بكميات كبيرة ومنخفضة التكلفة للأجزاء البلاستيكية الحرارية خفيفة الوزن أمرًا روتينيًا، سيستخدمها المصنعون على نطاق أوسع بكثير - لا سيما في سوق eVTOL UAM المزدهر، كما خلص ديون.

تأتي من ainonline