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德开发复合材料部件“激光切割定点修补”工艺

2015-06-19 08:564310中国复材展编译
  时至今日,无论飞机还是汽车都越来越依赖纤维增强塑料。宝马i3成为碳纤维复合材料汽车规模应用的开路者,空客旗下A350机型更是有50%采用是复合材料。
  “但是复合材料部件的制造过程相对复杂且昂贵。特别是出现损坏需要修复时,费时费力又费钱。”德国航天中心(DLR)结构设计研究所项目负责人Markus Kaden表示说,“一些大型飞机结构的设计寿命大概是30年。一旦中途损坏,坏的结果很可能整体移除和替换,大大缩短了使用寿命。”
  如果发生损坏的是金属结构,通常的做法是对受损区域进行局部切割,替换为相同尺寸的金属块,再进行铆接。DLR研究所据此提出了复合材料零部件的新方法,但考虑到复合材料的特性,对其进行了改良和优化。“在复合材料中,纤维在结构中扮演者承力和提供弹性的作用,粗暴简单的切割和铆接只会进一步损坏纤维,加重伤势。”Karden解释道。“这是和修补金属材料大的差异。”
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  新方法分两个步骤:“切割”和“打补丁”。“这两个步骤各有亮点。其一,采用激光切割法。相较于传统方法,激光的使用不会在切割时对部件产生力和热的作用,避免了对部件的二次伤害,同时也省去了事后冷却的环节,减少了工具的损耗。”Karden解释说,“其二,“打补丁”时,仅对“补丁”和结构创面局部加热。方法是通过一块与“补丁”相同尺寸的金属板与“补丁”贴合,在抽真空之后,利用电磁感应对“补丁”进行均匀加热。而后,在高温压力环境下,进行补丁作业。
  新方法比传统方法拥有更高的灵活性。传统方法中,或使用烤箱、热压罐对部件整体加热;或利用红外线、加热空气系统局部加热。但无论哪一种,都不能实现针对特定区域的定点加热。而DLR此次开发的新工艺却成功实现了这一点。除此之外,DLR还使用特殊的绝缘层,使局部温度可达到300摄氏度以上。这样,即便是热塑性复合材料也可以进行修复作业了。
  在此基础上,研究人员进一步开发出一款“移动式修复作业操作台”,用以展示新工艺的优势。
       更多信息请关注复合材料信息网www.cnfrp.com
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