杏彩体育app杨超凡的材料世界【9】：弯曲技术-无紧固件的复杂复

　　Spirit Aero Systems开发了使用刚性-柔性工具的生产方法，用于更经济实惠的组合式复合材料航空结构。

　　Spirit Aero Systems的Inflexion技术能够在一个连续的部件中制造出更轻、更实惠、更高效的大型复杂复合航空结构。

　　2013年，Spirit AeroSystems（美国堪萨斯州威奇托市）宣布，它正在与Spintech（美国俄亥俄州Xenia市）合作，开发用于制造复杂复合材料飞机结构的新工具技术。该技术被标记为Inflexion，基于可重新成形、可重复使用的心轴，并被吹捧为能够实现集成复合材料结构，其功能是使用传统工具无法实现的。

　　传统的复合材料结构制造使用必须从零件内部移除的刚性工具。但这限制了结构的大小和复杂性。弯曲模具可以在刚性和柔性状态之间转换，以便于拆卸，无论零件尺寸和复杂几何形状如何。正如Spintech工程总监Tom Margraf在2013年的一次采访中所解释的那样：

　　“使用Inflexion制造的复合材料是将框架、桁条、翼梁和长杆等工程加劲肋与在单一固化过程同固化的蒙皮板集成在一起的结构。这种弯曲过程消除了对工程加劲肋的二次粘合和/或紧固的需要，从而实现了更低的成本、更轻的重量和更耐损伤的结构。”

　　Spirit AeroSystems于2005年开始研究Inflexion，与基石研究集团（CRG，Dayton，OH，US）合作，基石研究集团使用其专利形状记忆聚合物（SMP）材料开发了工具。CRG于2010年剥离了Spintech Ventures LLC，以改进该技术并扩大其规模，用于工业航空结构生产。Spintech以Smart Tooling的商品名提供这项技术（点击链接查看该技术如何工作的视频）。据报道，Spirit的版本包括其为生产具有单面加强件（如加强件）的大型集成结构而开发的增强件。

　　Spirit的Inflexion技术于智能工具，该工具使用形状记忆聚合物（SMP- shape memory polymer）材料，使刚性叠层工具成为可能其在固化后变为弹性体以便于提取。

　　CRG与NAVAIR共同完成了第二阶段小企业创新研究（SBIR）项目，展示了Smart Tooling的优势。在2011年海军机遇论坛上，Spintech将这些总结为：吞吐量增加，减少了总处理时间；由于采用了刚性的网状叠层工具，增加了零件间的可重复性；并且制造成本降低高达80%。

　　Spintech前总裁Craig Jennings表示：“Smart Tooling的专利技术使复合材料制造商能够显著降低劳动力、材料和资本成本，同时显著提高具有陷阱特征和/或复杂形状的复合材料零件的生产能力。”。

　　根据2013年的一份新闻稿，Spirit Aerosystems代理技术总监Bill Smith解释说，Inflexion允许“提取工具，尽管存在会阻碍当前工具方法的陷阱特征。例如，这可以实现蒙皮、桁条、框架或肋的一步完全集成。”

　　在2013年《威奇托鹰报》的文章《Spirits ShadowWorks，一项技术投资》中，作者Molly McMillin断言，Spirit AeroSystems对Inflexion等创新技术的投资旨在帮助公司赢得新项目并留住客户。Madison引用Spirit研发工程师Allison Wright的话写道，Spirit“希望为客户提供他们产品所需的能力——更低的重量、更高的效率或更好的制造工艺。”她指出，成本也是关键，因为Spirit与其他大公司竞争航空航天原始设备制造商的合同。

　　这篇文章还引用了Spirit的技术/研发总监比尔·史密斯的话：“这不是为了技术而投入‘gee-which’技术。这是为了飞机所需的要求和能力……这是关于‘你能提供比竞争对手更具成本效益的解决方案吗？’ ” 他指出，错过新项目是有后果的。“如果你输了一架，你不会等到下周才有新的飞机项目出台。赢家通吃。”

　　随后，文章将弯曲描述为Sprit AeroSystems在创新方面投资的一个例子：由（形状记忆）聚合物制成的工具在缠绕和固化材料时保持刚性，但额外的热量使其变得灵活，可以在那里拉伸、重塑和拉开。文章引用了Spirit研究和设计工程师Carl Fiegenbaum的话，“在固化过程中，它从一个硬工具变成了一个软工具。”他解释说，这种能力可以将复合材料桁条、框架或其他部件集成到一个单一的结构中。Smith补充道：“我越能集成复合功能，成本就越低。我的想法是一次完成所有工作。”

　　文章接着说，Spirit正在一个40英寸的机筒体上测试这一过程，Inflexion智能工具可以重复使用，并在多个循环中形成该形状或其他形状。Spintech在2014年的一篇文章中表示，它已经证明智能工具的寿命为40个周期，而基线个周期。据Jeff Sloan和Bob Griffiths报道，Spirit在2012年范堡罗国际航展上展示了一个圆柱形复合材料结构：

　　Spirit AeroSystems（堪萨斯州威奇托市）有两个技术上有趣的部件…第二部分是带有内部加强筋的圆柱形结构。从历史上看，具有捕获几何形状的零件需要多部件工具，这些工具可以拆卸以允许在捕获后移除。这些都需要花费巨大的费用，并且需要经常维护。Spirit声称开发了一种名为Inflexion的“可重新配置”工具流程，降低了工具成本。

　　McMillin在文章的Inflexion部分结尾引用Smith的话说，Spirit将在“相当短期的项目中以较小的方式”推出Inflexion技术，然后构建更大的应用程序。Figgenbaum补充道，“我们认为有各种架构、设计理念和配置非常适合”该过程。“它并不是所有东西都完美的。但有些地方它真的很适合。”

　　新部门专门使用新型干纤维预成型和树脂注入技术制造复杂几何形状的复合材料零件，扩展了Spintech复合材料的能力。

　　Spintech Holdings，股份有限公司（美国俄亥俄州代顿）于1月18日宣布成立一个名为Hawthorn composites的新复合材料制造业务部门。这一新部门将Spintech Holdings的复合材料能力扩展到现有的智能工具部门之外，该部门为复杂几何形状的复合材料提供可成形和可重复使用的复合材料工具解决方案。

　　霍索恩复合材料公司专门使用新型干纤维预成型和树脂注入技术制造复杂几何形状的复合材料零件。在适当的情况下，可以通过使用智能工具解决方案来实现附加价值。Spintech表示，与传统的预浸料坯和热压罐固化部件相比，这种技术组合显著降低了劳动力和材料成本，同时保持了结构完整性和重量中性。

　　Spintech Holdings首席执行官Craig Jennings表示：“霍索恩公司成功的关键是当前航空航天和国防复合材料市场的转变。”，股份有限公司“正如Jeff Sloan在《复合材料世界》社论中所说，过去十年是复合材料行业创新的十年，下一个十年将专注于通过改变复合材料零件的制造方式来实现更高的效率和更低的成本。霍索恩复合材料公司将在下一个10年成为复合材料零件市场的领导者。”

　　利用与A&P Technology（美国俄亥俄州辛辛那提市）的合作伙伴关系，优化碳纤维编织解决方案，包括预成型件、织物和套管，以及代顿大学研究所（UDRI，美国俄亥俄州代顿市）在使用技术刺绣和定制纤维放置制造碳纤维预成型件方面的经验，扩展了霍索恩复合材料公司设计和提供复杂几何形状复合材料解决方案的能力。

　　Spintech Holdings总裁Tom Margraf表示：“我们很高兴能与技术合作伙伴A&P technology和UDRI建立合作关系。”，股份有限公司“通过使用他们的自动化干纤维预成型技术，再加上霍索恩复合材料的树脂注入专业知识，我们可以为航空航天、汽车和娱乐行业的复杂结构复合材料提供有吸引力的价格。”

　　基线工艺是将这种航空级Y形通气管分两半放入固化模具的阴模腔中，阴模腔连接起来进行固化。这经常导致层压板被夹住和不均匀。它还迫使搭接接头在同一区域上交错，导致复合材料零件更厚，强度不一致。

　　智能工具在室温下是刚性的，在添加阻隔膜或其他释放层后，预浸料可以铺在刚性智能工具上，对接接头在零件周围交错，从而形成具有一致厚度和强度的360度固化复合材料零件。

　　这种Y形通气管还需要在复合通气管的内部共同固化的不渗透衬垫。该衬垫没有粘附在阻挡膜上，因此Smart Tooling制造了具有固化释放涂层的囊状物，衬垫可以粘附在该囊状物上，并且它仍然允许Smart Tool容易地从固化的复合材料零件上释放。

　　智能工装为航空航天和国防工业制造具有复杂几何形状的复合材料零件提供可成形、可重复使用的工装解决方案。智能工具可以提高质量，减少工时，减少耗材，提高产量——本质上，智能工具可以更好、更便宜、更快地制造复合材料零件。

　　Smart Tooling的形状记忆聚合物设计为室温下的航空航天级刚性环氧树脂，加热时具有高度柔性的弹性。