Electroimpact, Toray und Janicki pionieren Hochgeschwindigkeitsfertigung großer Thermoplast-Composite-Bauteile

Eine gemeinsame Entwicklung zwischen Electroimpact (Mukilteo, Washington, USA), Toray Advanced Composites (Morgan Hill, Kalifornien, USA) und Janicki Industries (Sedro-Woolley, Washington, USA) hat reportedly einen Sprung nach vorne in der Hochgeschwindigkeitsfertigung großer Thermoplast-Composite-Bauteile erzielt. Das Projekt resultierte in der Entwicklung automatisierter, kosteneffektiver Verarbeitungstechnologien, die große Thermoplast-Bauteile bei hohen Ablagerungsraten von bis zu 4.000 Zoll (100 Meter) pro Minute fertigen können.

Hochgeschwindigkeits-AFP-Ausrüstung (Automated Fiber Placement) von Electroimpact wurde für die Verarbeitung von Thermoplast-Materialien mit einem Variable-Spot-Size-Laser-Heizsystem verbessert. Dieses System nutzt einen großen Bereich von Verarbeitungstemperaturen für robuste Prozesskontrolle über einzelne Tows, um starke Konturen zu bewältigen, während es Thermoplast-Composite-Bauteile während der AFP-Ablage reparierbar macht, wodurch das Ausschussrisiko während der Bauteilfertigung reduziert wird.

Partner berichten, dass Verarbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 4.000 IPM (100 Meter pro Minute) mit leichten oder starken Tack-Leveln erreicht wurden, um Bauteilgeometrie zu garantieren. „Wenn diese Fortschritte mit erhöhter AFP-Zuverlässigkeit, In-Prozess-Echtzeitinspektion und Wartungsintervallen kombiniert werden, erhöht die resultierende AFP 4.0-Verarbeitung die aktuelle Produktivität um das Vier- bis Sechsfache“, sagt Michael Assadi, Chief Engineer bei Electroimpact.

Um Produktionseffizienz zu maximieren, wird die AFP-Ablage direkt auf ein Out-of-Autoclave (OOA), beheiztes Ablagewerkzeugsystem geformt, engineered by Janicki Industries, das dann vollständig in-situ konsolidiert wird, wobei ein vollständiger thermischer Prozesszyklus in weniger als einer Stunde erreicht wird. Das Werkzeugsystem ist für Skalierbarkeit ausgelegt, um Bauteile zu accommodieren, die zu groß für traditionelle Heißpressanwendungen sind, und erreicht reportedly signifikant schnellere Zykluszeiten als Hochtemperatur-Autoklaven.

„Der Schlüssel zu dieser Technologie sind schnelle Aufheiz- und Abkühlraten mit Kante-zu-Kante-Uniformität über den gesamten Prozess“, sagt Todd Chace, Director of Research and Development bei Janicki, „Vollständige Konsolidierung unter reiner Vakuumbeutel [VBO] Druck wird durch Kontrolle der Schlüsselphasen Schmelze, Fließen und Kristallisation mit präziser Temperaturkontrolle erreicht.“

Toray Cetex TC1225 Low Melt PAEK (LMPAEK) Unidirektionalband von Toray Advanced Composites wurde ausgewählt, um die Verarbeitung weiter zu optimieren. Bewiesen als best-in-class Imprägniergrad ermöglicht TC1225 LMPAEK die Produktion hochkonsistenter, qualitativ hochwertiger Bauteile, während es auch die Notwendigkeit eliminiert, Faserbündel während des Konsolidierungszyklus zu benetzen, reportedly enabling OOA-Verarbeitung mit nahe null Porosität. Kombiniert mit einer relativ niedrigen Verarbeitungstemperatur im Vergleich zu anderen PAEK-basierten Systemen ermöglicht Toray Cetex TC1225 LMPAEK auch schnellere Ablagegeschwindigkeiten bei vergleichbaren mechanischen Eigenschaften.

„Einzeln repräsentiert jede dieser Technologien einen Fortschritt in der Thermoplast-Composite-Verarbeitung. Kombiniert wird ein großer Sprung in der großformatigen, schnellen Bauteilfertigung erreicht, was die Wichtigkeit von Partnerschaften entlang der Wertschöpfungskette unterstreicht, um die Adoption von Thermoplast-Composites in der Industrie voranzutreiben“, schließt Steve Cease, VP Technology and Strategic Marketing bei Toray Advanced Composites.