Il existe actuellement de nombreux procédés de fabrication de structures en matériaux composites, qui peuvent être appliqués à la production et à la fabrication de différentes structures.Cependant, compte tenu de l'efficacité de la production industrielle et des coûts de production de l'industrie aéronautique, en particulier des avions civils, il est urgent d'améliorer le processus de durcissement afin de réduire les délais et les coûts.Le prototypage rapide est une nouvelle méthode de fabrication basée sur les principes du formage discret et empilé, qui est une technologie de prototypage rapide à faible coût.Les technologies courantes incluent le moulage par compression, le formage de liquides et le formage de matériaux composites thermoplastiques.
1. Technologie de prototypage rapide par pressage de moules
La technologie de prototypage rapide du moulage est un processus qui place des flans préimprégnés pré-posés dans le moule de moulage, et une fois le moule fermé, les flans sont compactés et solidifiés par chauffage et pression.La vitesse de moulage est rapide, la taille du produit est précise et la qualité du moulage est stable et uniforme.Combiné à la technologie d'automatisation, il peut réaliser une production de masse, une automatisation et une fabrication à faible coût de composants structurels composites en fibre de carbone dans le domaine de l'aviation civile.
Étapes de moulage :
① Obtenez un moule métallique à haute résistance qui correspond aux dimensions des pièces requises pour la production, puis installez le moule dans une presse et chauffez-le.
② Préformez les matériaux composites requis dans la forme du moule.Le préformage est une étape cruciale qui permet d’améliorer les performances des pièces finies.
③ Insérez les pièces préformées dans le moule chauffé.Comprimez ensuite le moule à une très haute pression, allant généralement de 800 psi à 2 000 psi (selon l'épaisseur de la pièce et le type de matériau utilisé).
④ Après avoir relâché la pression, retirez la pièce du moule et éliminez les bavures.
Avantages du moulage :
Pour diverses raisons, le moulage est une technologie populaire.Une partie de la raison pour laquelle il est populaire est qu’il utilise des matériaux composites avancés.Comparés aux pièces métalliques, ces matériaux sont souvent plus solides, plus légers et plus résistants à la corrosion, ce qui donne lieu à des objets dotés de meilleures propriétés mécaniques.
Un autre avantage du moulage est sa capacité à fabriquer des pièces très complexes.Bien que cette technologie ne puisse pas atteindre pleinement la vitesse de production du moulage par injection plastique, elle fournit des formes plus géométriques par rapport aux matériaux composites stratifiés classiques.Par rapport au moulage par injection de plastique, il permet également d'utiliser des fibres plus longues, ce qui rend le matériau plus résistant.Par conséquent, le moulage peut être considéré comme un juste milieu entre le moulage par injection plastique et la fabrication de matériaux composites stratifiés.
1.1 Processus de formation SMC
SMC est l'abréviation de matériaux composites formant des tôles, c'est-à-dire des matériaux composites formant des tôles.Les principales matières premières sont composées de fils spéciaux SMC, de résine insaturée, d'additifs à faible retrait, de charges et de divers additifs.Au début des années 1960, il est apparu pour la première fois en Europe.Vers 1965, les États-Unis et le Japon développent successivement cette technologie.À la fin des années 1980, la Chine a introduit des lignes et des processus de production avancés de SMC en provenance de l’étranger.SMC présente des avantages tels que des performances électriques supérieures, une résistance à la corrosion, un poids léger et une conception technique simple et flexible.Ses propriétés mécaniques peuvent être comparables à celles de certains matériaux métalliques, c'est pourquoi il est largement utilisé dans des industries telles que les transports, la construction, l'électronique et l'électrotechnique.
1.2 Processus de formation du BMC
En 1961, le composé de moulage en feuille de résine insaturée (SMC) développé par Bayer AG en Allemagne a été lancé.Dans les années 1960, on a commencé à promouvoir le Bulk Molding Compound (BMC), également connu sous le nom de DMC (Dough Molding Compound) en Europe, qui n'était pas épaissi à ses débuts (années 1950) ;Selon la définition américaine, le BMC est un BMC épaissi.Après avoir accepté la technologie européenne, le Japon a réalisé des progrès significatifs dans l'application et le développement du BMC et, dans les années 1980, la technologie était devenue très mature.Jusqu'à présent, la matrice utilisée dans le BMC était une résine polyester insaturée.
Le BMC appartient aux plastiques thermodurcissables.En fonction des caractéristiques du matériau, la température du cylindre de matériau de la machine de moulage par injection ne doit pas être trop élevée pour faciliter le flux du matériau.Par conséquent, dans le processus de moulage par injection de BMC, le contrôle de la température du fût de matériau est très important et un système de contrôle doit être mis en place pour garantir l'adéquation de la température, afin d'atteindre la température optimale de la section d'alimentation au buse.
1.3 Moulage du polycyclopentadiène (PDCPD)
Le moulage en polycyclopentadiène (PDCPD) est principalement une matrice pure plutôt qu'un plastique renforcé.Le principe du procédé de moulage PDCPD, apparu en 1984, appartient à la même catégorie que le moulage en polyuréthane (PU) et a été développé pour la première fois aux États-Unis et au Japon.
Telene, filiale de la société japonaise Zeon Corporation (située à Bondues, France), a obtenu un grand succès dans la recherche et le développement du PDCPD et dans ses opérations commerciales.
Le processus de moulage RIM lui-même est plus facile à automatiser et entraîne des coûts de main-d'œuvre inférieurs à ceux de processus tels que la pulvérisation de FRP, RTM ou SMC.Le coût du moule utilisé par PDCPD RIM est bien inférieur à celui de SMC.Par exemple, le moule du capot moteur du Kenworth W900L utilise une coque en nickel et un noyau en fonte d'aluminium, avec une résine faible densité avec une densité de seulement 1,03, ce qui réduit non seulement les coûts mais également le poids.
1.4 Formage direct en ligne de matériaux composites thermoplastiques renforcés de fibres (LFT-D)
Vers 1990, le LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) a été introduit sur le marché en Europe et en Amérique.La société CPI aux États-Unis est la première entreprise au monde à développer des équipements de moulage thermoplastique composites renforcés de fibres longues directement en ligne et la technologie correspondante (LFT-D, Direct In Line Mixing).Elle est entrée en activité commerciale en 1991 et est un leader mondial dans ce domaine.Diffenbarcher, une entreprise allemande, étudie la technologie LFT-D depuis 1989. Actuellement, il existe principalement des LFT D, des LFT sur mesure (qui peuvent réaliser un renforcement local en fonction des contraintes structurelles) et des LFT-D Advanced Surface (surface visible, surface élevée). qualité).Du point de vue de la chaîne de production, le niveau de la presse Diffenbarcher est très élevé.Le système d'extrusion D-LFT de la société allemande Coperation occupe une position de leader au niveau international.
1.5 Technologie de fabrication de fonderie sans moule (PCM)
PCM (Pattern less Casting Manufacturing) est développé par le Centre de prototypage rapide laser de l'Université Tsinghua.La technologie de prototypage rapide devrait être appliquée aux processus traditionnels de moulage en sable de résine.Tout d’abord, obtenez le modèle CAO de coulée à partir du modèle CAO de la pièce.Le fichier STL du modèle CAO de coulée est superposé pour obtenir des informations de profil transversal, qui sont ensuite utilisées pour générer des informations de contrôle.Pendant le processus de moulage, la première buse pulvérise avec précision l'adhésif sur chaque couche de sable par commande informatique, tandis que la seconde buse pulvérise le catalyseur le long du même trajet.Les deux subissent une réaction de liaison, solidifiant le sable couche par couche et formant un tas.Le sable dans la zone où l'adhésif et le catalyseur travaillent ensemble se solidifie, tandis que le sable dans les autres zones reste à l'état granulaire.Après avoir durci une couche, la couche suivante est collée et une fois toutes les couches collées, une entité spatiale est obtenue.Le sable d'origine est toujours du sable sec dans les zones où l'adhésif n'est pas pulvérisé, ce qui facilite son retrait.En nettoyant le sable sec non durci au milieu, on peut obtenir un moule de coulée avec une certaine épaisseur de paroi.Après avoir appliqué ou imprégné de la peinture sur la surface intérieure du moule en sable, celui-ci peut être utilisé pour couler du métal.
Le point de température de durcissement du processus PCM est généralement d’environ 170 ℃.La pose à froid et le décapage à froid utilisés dans le processus PCM sont différents du moulage.La pose à froid et le décapage à froid consistent à déposer progressivement le préimprégné sur le moule en fonction des exigences de structure du produit lorsque le moule est à l'extrémité froide, puis à fermer le moule avec la presse de formage une fois la pose terminée pour fournir une certaine pression.À ce stade, le moule est chauffé à l'aide d'une machine à température de moule. Le processus habituel consiste à augmenter la température de la température ambiante à 170 ℃, et la vitesse de chauffage doit être ajustée en fonction des différents produits.La plupart d'entre eux sont fabriqués à partir de ce plastique.Lorsque la température du moule atteint la température réglée, une isolation et un maintien de la pression sont effectués pour durcir le produit à haute température.Une fois le durcissement terminé, il est également nécessaire d'utiliser une machine à température du moule pour refroidir la température du moule à la température normale, et la vitesse de chauffage est également réglée à 3-5 ℃/min, puis procéder à l'ouverture du moule et à l'extraction des pièces.
2. Technologie de formation de liquide
La technologie de formage de liquide (LCM) fait référence à une série de technologies de formage de matériaux composites qui placent d'abord des préformes de fibres sèches dans une cavité de moule fermée, puis injectent de la résine liquide dans la cavité du moule après la fermeture du moule.Sous pression, la résine coule et imbibe les fibres.Par rapport au processus de formage de boîtes par pressage à chaud, le LCM présente de nombreux avantages, notamment sa capacité à fabriquer des pièces avec une précision dimensionnelle élevée et un aspect complexe ;Faible coût de fabrication et opération simple.
En particulier le procédé RTM à haute pression développé ces dernières années, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Moulding), en abrégé Processus de moulage HP-RTM.Il fait référence au processus de moulage consistant à utiliser une pression à haute pression pour mélanger et injecter de la résine dans un moule scellé sous vide pré-posé avec des matériaux renforcés de fibres et des composants pré-incorporés, puis à obtenir des produits en matériaux composites par remplissage, imprégnation, durcissement et démoulage par flux de résine. .En réduisant le temps d'injection, il devrait contrôler le temps de fabrication des composants structurels de l'aviation en quelques dizaines de minutes, obtenant ainsi une teneur élevée en fibres et une fabrication de pièces haute performance.
Le procédé de formage HP-RTM est l'un des procédés de formage de matériaux composites largement utilisés dans plusieurs industries.Ses avantages résident dans la possibilité de réaliser une production de masse à faible coût, à cycle court et de haute qualité (avec une bonne qualité de surface) par rapport aux processus RTM traditionnels.Il est largement utilisé dans diverses industries telles que la construction automobile, la construction navale, la construction aéronautique, les machines agricoles, le transport ferroviaire, la production d'énergie éolienne, les articles de sport, etc.
3. Technologie de formage de matériaux composites thermoplastiques
Ces dernières années, les matériaux composites thermoplastiques sont devenus un point chaud de la recherche dans le domaine de la fabrication de matériaux composites, tant au niveau national qu'international, en raison de leurs avantages de résistance élevée aux chocs, de ténacité élevée, de tolérance élevée aux dommages et de bonne résistance à la chaleur.Le soudage avec des matériaux composites thermoplastiques peut réduire considérablement le nombre de connexions par rivets et boulons dans les structures d'avion, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de la production et réduisant les coûts de production.Selon Airframe Collins Aerospace, un fournisseur de premier ordre de structures d'avions, les structures thermoplastiques soudables non pressées à chaud peuvent potentiellement raccourcir le cycle de fabrication de 80 % par rapport aux composants métalliques et composites thermodurcissables.
L'utilisation de la quantité de matériaux la plus appropriée, la sélection du processus le plus économique, l'utilisation de produits dans les pièces appropriées, la réalisation d'objectifs de conception prédéterminés et l'atteinte du rapport performance-coût idéal des produits ont toujours été la direction. d'efforts pour les praticiens des matériaux composites.Je crois que davantage de procédés de moulage seront développés à l'avenir pour répondre aux besoins de conception de production.
Heure de publication : 21 novembre 2023
