“低压预成型和 LP-RTM 应承使东西有本钱效益的用具（与钢比拟）：带有手动夹具的预成型用具由聚氨酯基 Raku tool 资料（RAMPF Tooling Solutions， Grafenberg，德国）造成▼；固化用具由 5083 铝造成。

　　TuFF 仍旧表了然其以高成型性满意航空航本分能的本事，但低本钱呢？亚拉加达认可：“咱们正正在行使相接的短切PAN 纤维◆。”。“然而，墟市上有来自Toray、 Hexcel、Teijin 和其他公司的商用短纤维◆，以及来自接受和废料流开头的短纤维。这些纤维没有低级航空航天构造所需的认证，但有恐怕明显下降其他利用的资料本钱▼▼。”

　　亚拉加达（Yarlagadda）说：“TuFF 安顿旨正在管理几个症结离间▼●，席卷奈何造作直径较幼的短碳纤维，使复合资料拥有航空航本分能。”。“咱们的思法是转向低本钱的沥青前体，直接坐蓐短纤维，而不是切割相接纤维◆◆，旨正在升高 IM（中等模量）碳纤维的职能◆。”该项目席卷德雷塞尔大学（美国宾夕法尼亚州费城）、弗吉尼亚理工学院和州立大学（美国弗吉尼亚州布莱克斯堡）以及克莱姆森大学（美国南卡罗来纳州克莱姆森）行为分包商●▼，后者正在沥青纤维上竣工大部门任务。

　　UD-CCM 帮理总监、TuFF 项目肩负人德克·海德（Dirk Heider）评释道：“通过这种高水准的纤维摆列，咱们能够得回与单向预浸料一致的纤维体积●。”。他指出，行使 3 毫米长 IM7 碳纤维的复合资料已表明纤维体积限定正在 40%至 63%之间。

　　从初始阶段选拔的零件被界说为一个或多个工艺◆▼，以离间初始开拓和过渡候选者，从而有恐怕征服机加工铝▼▼●。

　　卷边板TS-RAPM-009 的压缩成型（顶部）和成型部件（底部）之前的弹簧张紧预浸料。

　　哈恩说，即使树脂灌注正在大零件中获胜，但 TS 和 TP 冲压正在幼零件中看起来相当不错▼●◆。、“树脂灌注的初始模具本钱很难造服，除非金属部件相当庞杂，需求洪量的呆板加工，”她评释道●▼。

　　九个已竣工的试验 8（#0-8）出现了最高质料的部门，闭键归因于预凝集◆●●。从中提取的样品适宜厚度（其他零件的题目）和层压质料，纤维体积为 59- 63%，闲暇率为 0-0.6%。

　　行使 Aniform 软件（荷兰恩斯赫德）实行的成形模仿阐明，高度悬垂的 PEEK 织物坯件正在压缩区域（即内（较幼半径）凸缘）仍存正在褶皱危害。所以，当成亲的金属用具闭合以造成坯料时，由梭板和夹子构成的张紧编造（图 5）将坯料保留正在张紧状况。即使这样，当纤维正在内径处向内激动时，受压的凸缘面仍显示出屈曲。哈恩以为：“RAPM 的三条道道都很难做到这一点。”。“它的几何体式是至极的◆，并不是真正的零件，而是为了激动咱们正在可成形性方面所能抵达的方向。”

　　整个三种 RAPM 资料和工艺道道都席卷行使表面天生（英国拉特兰）按性能范例坐蓐（PtFS）像素化加热限定和用具编造的试验▼，该编造位于密苏里州圣道易斯的波音研发中央◆▼。哈恩说：“这是由于咱们正正在寻找一种任务站，能够正在精巧的速度境况中容纳整个三品种型的资料/工艺。”。“咱们可以探究差异的温度限定措施和本钱◆。”波音 PtFS 任务站的最高温度为 440°C●●，夹紧力为 150 吨，有用零件体积为 750×750×100 毫米。

　　TP 层压板也恐怕因加工而紧缩▼●▼，由于树脂体积跟着从液体到固体的蜕化而裁汰。恰是正在这个冷却阶段，当症结的树脂基体结晶爆发时▼●，需求对温度平均性和层压板压力实行无误限定，以确保造品零件的高质料职能。

　　最初的 RI-RAPM-004 试验显示▼●，出口相近的气流显现不料非常，导致表层层上升，导致纤维变形●◆。失常入口和出口管理了这个题目。正在 130°C 的用具中浸泡和初始固化后，零件正在 180°C 下后固化 60 分钟，然后呆板加工成净体式。10 个高质料零件被交付给波音公司◆▼，用于主动超声波编造（AUSS-automated ultrasonic system）C 扫描。

　　归根结底，这取决于纤维到零件的本钱构造，”他络续说道。“行使织物和 UD 胶带◆，您能够承受从纤维转 换成这种体式，然后再转换成庞杂几何体式零件的本钱，后者因为庞杂性、缺陷等而出现巨大的废物和成型危害。通过从相接的、通过认证的纤维动手实行后续切割，我 们确实会得回少少格表的本钱，但当咱们将其转换成复 杂的体式时，造成起来要容易得多。所以，避免庞杂的图案和叠层，加上 TuFF 正在航空航天零件上的可成形性和较低的废物◆，拥有上风。”

　　另一个题目是●▼●，正在成型流程中◆，用具需求全体密封以容纳熔融的 TP 液体。哈恩说：“正在 375°C 至 390°C 的温度下密封用具是很坚苦的，由于很少有适应的垫圈可以统治 300 至 500 psi 或更高的温度和 TP造成压力。”。“咱们仅限于金属垫圈或成亲的金属用具来供给密封性能。弹性用具将好坏常有益的，但目前整个的弹性体都邑正在 TP 成型温度下剖释。”

　　亚拉加达评释道：“这是一个拥有离间性的题目●●，由于你所看到的工艺与坐蓐相接纤维的工艺相当差异▼。”即使仍旧对克莱姆森沥青纤维的多次迭代实行了评估，但开拓和成熟沥青纤维技巧还需求 DARPA TuFF 项目以表的格表任务。所以，本文给出的 TuFF结果是行使切割成短长度的商用相接 PAN 纤维完成的。下文将商榷本钱影响。

　　波音圣道易斯公司需求新的用具●●●，正在只要笔直驱动的液压机中实行凝集时●▼，正在翼肋的笔直元件上出现水准压力。它的溶液是一个薄的铝囊状物（行使形似的编造造成 TP-RAPM-003，图 5）。正在高温下用惰性氩气加压，正在凝集流程中，气囊膨胀，对整个零件表面施加平均的压力。

　　亚拉加达说：“从 20 世纪 90 年代末动手揭橥的技巧论文阐明，长径比为 100 的短纤维应与相接纤维的硬度相成亲，长径比为 1000 的短纤维也应与强度相成亲。”。“但纤维瞄准也存正在题目。”

　　美国国防高级研商安顿局（DARPA，美国弗吉尼亚州阿灵顿）于 2015 年启动了可定造原资料和成型（TFF-Tailorable Feedstock and Forming）安顿●，以完成重量幼于 20磅的庞杂几何体式复合资料零件的疾速、低本钱和灵便造作。复合资料正在采用主动铺带和纤维铺设（ATL/AFP）等工艺造作的大型深化蒙皮中征服了金属。然而，一个类型的兵书军用机身中 80%以上的零件都是几何体式庞杂的幼型零件◆。对待这些，因为复合资料和幼零件造作的高本钱和庞杂性，机加工铝受到青睐。复合资料行业和 TFF 项目照拂杰夫·亨德里克斯（Jeff Hendrix）说：“你能够买一块 4 到 6 英寸的铝板◆●，把它扔到数控加工中央，然后按下按钮。”DARPA 国防科学办公室的项目司理米克·马赫（Mick Maher）是 TFF 的创始人●▼，他评释道：“即使金属零件的造作本钱更低，但它们格表的重量以及对开裂和侵蚀的易感性导致了编造的次优职能。”（即使马赫正在 2016 年竣工了 DARPA 的五年任期，但他对 TFF 的愿景与现任 DARPA 项目司理扬·范登布兰德（Jan Vandenbrande 博士一致▼◆◆。）亨德里克斯对此表现同意，但他指出，“没有人会为这些较幼部件中的复合资料减重支出双倍的用度；它们必需比铝更具本钱竞赛力◆◆●。”

　　吉莱斯皮说：“咱们祈望竣工 PEKK 和 8552 环氧树脂的职能测试，然后宣布这些结果◆◆，以及咱们正在各类零件成型流程中的任务。”。“咱们有专利正正在申请中●▼▼，正正在对该技巧实行许可。”DARPA TFF 项目将于 2020 年正式已毕，整个测试和结果都将宣布。

　　对待 TP-RAPM-003 弯曲 C 通道，所行使的粉末涂层 PEEK 2x2 斜纹织物拥有相对较高的聚集系数。波音圣道易斯公司开始将沿零件长度从 32 层低重到 24 层的叠层兼并为拥有锥形横截面的扁平坯料▼▼◆，然后将坯料发送给 ATC 造作公司，ATC 造作公司用笔直凸缘冲压最终零件。

　　吉莱斯皮说：“当 TFF 最初兴办时，该项目正正在研商为什么复合资料没有更多地用于国防和汽车。”●◆。“对待汽车业来说◆▼，这是由于他们仍旧投资于金属成型，必需从新投资于复合资料●◆●。但当复合资料能够像金属相似成型时会爆发什么●？然后，从新摆设现有坐蓐流程和愚弄现有筑立变得更容易。”

　　预成型轮回光阴席卷囊状物和 TP 装料抵达工艺温度的 55 分钟和冷却到 PEEK 结晶温度以下的 30 分钟◆。压力范畴为 1.4 至 9.7 巴▼◆▼，并通过带阀门的高压罐手动保持。跟着近来正在 PtFS 任务站中参预压棒编造，压模腔内线 psi）的热压罐式限定将正在另日完成主动化。

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　　相接碳纤维给 TFF 的方向带来了两个题目：它腾贵且难以造成庞杂的体式。短纤维供给了可成形性，但目前的款式和工艺，如打针成型，不行供给所需的高纤维体积职能（图 1）。另有一个题目是，奈何正在越来越分离的国防部墟市上以较低的数目分摊奋发的工装和零件开拓本钱。

　　与 ATC Manufacturing 股份有限公司（美国爱达荷州波斯特福尔斯）和 TxV Aero（美国罗德岛布里斯托尔）实行热塑性成型

　　开拓 C 通道用具措施是为了加添多个零件的精巧性◆。将叠层安放正在底部用具上，将底部用具加热至资料的玻璃化更动温度（Tg）以保留柔韧性而不熔化▼●。将席卷压力密封垫圈的体积减幼框架安放正在底部用具的顶部，留下一个略大于零件叠层的空腔（图 5）。从顶部用具通过囊向铺放施加热量和液压◆▼◆。一朝抵杀青形温度，就向囊状物施加氩气，迫使囊状物向下进入框排挤腔◆▼，从而向锥形坯件施加压力。然后，正在保留囊状物压力的同时●，通过资料的熔融相升高用具温 度，这抗御了资料正在熔融相时流过下部用具。

　　国防高级研商安顿局（DARPA，美国弗吉尼亚州阿灵顿）于 2015 年启动了可定造原料和成型（TFF-Tailorable Feedstock and Forming）安顿，以完成国防飞机幼型庞杂体式复合资料零件的疾速、低本钱和灵便造作。这项为期 48 个月的安顿旨正在升高复合资料的本钱竞赛力●▼▼，以愚弄其与机加工铝比拟的重量俭朴和耐侵蚀开裂职能。正在本系列的第 1 部门中，CW 钻探了 TFF 的愿景及其可定造的通用成形原料（TuFF-Tailorable Universal Feedstock for Forming）子圭臬，该子圭臬开拓了一种拥有高呆板职能和类金属成形性的短纤维片材。

　　亨德里克斯愿意 RAPM 的航空航天和汽车造作换取是有益的。其余，苏威（Solvay）和 SGL 正在没有纤维变形或其他缺陷的境况下造成庞杂体式的本事给他留下了长远印象。他认可：“造作面子的汽车零部件本质上是有好处的。”。“你不行有褶皱或倒霉的表面光洁度；它们必需是完满的。但它们照旧需求多次试验和巨大开拓技能造成 RAPM 零件。若是国防项目统治的是少量的，我不确定他们是否会投资于这种非往往性工程。经济性将按照整个境况而定，但用具和开拓照旧是咱们需求的题目。”哈恩填充道，“咱们正正在宣布体验教训，使商业研商可以加倍知情，并扩展选拔范畴，为行业商榷筑筑一个合理盛开的本原。” CW 将正在本年晚些时分 RAPM 已毕后络续实行这一商榷并更新。

　　RAPM 盘算了选定离间和过渡部件的往往性造作本钱（如资料、呆板光阴），假设非往往性本原方法仍旧到位，然后将其与机加工铝实行比力。

　　RAPM 通过正在 15-30 分钟的初始固化后移除尺寸平静的零件▼◆◆，然后分批后固化，以升高速度本事，从而最步地部地裁汰了零件正在用具上的光阴。还行使单个用具集对零件族实行了研商，比如，沿机翼长度拥有三个差异翼缘角的 C 形通道，以最步地部地愚弄任务站。引导 RAPM TS 措施的其他方向席卷：

　　 由波音公司（美国伊利诺伊州芝加哥）教导的 RApid 高职能造作（RAPM- RApid high-Performance Manufacturing，发音为“wrap em”）。TuFF 原资料是一种高度对齐、不相接的薄层款式的纤维预成型体，可与热塑性（TP- thermoplastic）或热固性（TS- thermoset）树脂组适用于预浸料，或以干款式用于基于浸渍的工艺。一种正正在申请专利的不相接碳纤维瞄准和预成型工艺已正在 UD-CCM 的一个 5 吨/年的试验方法中实行了演示，该试验方法席卷：

　　 行使苏威（Solvay 复合资料英国 Heanor 和美国加利福尼亚州阿纳海姆。Fiber Dynamics（美国堪萨斯州威奇托）和 Reinhold Industries（美国加利福尼亚州圣达菲斯普林斯）

　　三个造作开拓热固性（TS）预浸料部件正在英国海诺的索尔维利用中央行使弹簧框架冲压和/或双隔阂成型（DDF- double diaphragm forming）造作。整个三个部件均行使基于苏维（Solvay）树脂的环氧预浸料造作，席卷 CYCOM 5320-1、CYCOM 970 和 CYCOM EP-2750 航空航天编造◆。哈恩说：“CYCOM 5320-1 是咱们的热压罐表（OOA）零件的首选▼，但它也被用作热压罐的及格编造●●▼。”。“CYCOM 970 是一种溶剂预浸料与热熔预浸料的选拔，（CYCOM）EP-2750 是咱们的冲压成型编造▼●◆，由于它针对工艺的物理和动力学实行了优化，咱们表明它能够坐蓐出最好的零件。”

　　这些成形试验坐蓐了复合资料零件◆，无损检测（NDI）结果及格。然而，囊状用具的策画需求进一步成长，以矫正将叠层成形为零件的周密内半径，并保留平均的表面厚度▼◆。

　　高度对齐、短纤维可定造的通用成型原资料完成了航空航本分能，正在零糜掷的境况下完成了中试工场，从纤维到零件形似金属的可成型性。

　　为了完成这一愿景，TFF 分为两个子圭臬——第一个子圭臬用于第 1 部门中商榷的资料（原料），第二个子圭臬用于下个月的第 2 部门中钻探的成型（成型）：

　　预浸和定造坯料坐蓐TS/TP 成型和液体成型任务站，将于 2020 年第三季度加添。

　　海德说，准绳模量纤维的直径约为 7 微米（0.007毫米），这意味着 TuFF 的纤维长度为 4 至 5 毫米 所需的纵横比为 100-1000。他还指出▼●◆，复合资料的职能不但取决于纤维，还取决于树脂和树脂-纤维界面。海德说：“咱们连续正在研商贸易纤维，这种纤维通过航空热塑性树脂和环氧树脂的表面统治，但不是上浆◆。”

　　复合资料行业和 TFF 项目照拂杰夫·亨德里克斯（Jeff Hendrix）正在说到 RAPM 的方向时表现：“我思要的只是少年少型复合资料零件的工艺◆●，这些工艺能够正在衡量研商中征服铝◆▼●。”那么▼，RAPM 胜利了吗？CW 探究了该项目造作数百个零件的勉力，通过多种资料和工艺比力了十几种航空航天零件摆设，同时寻求裁汰光阴和本钱的措施。

　　TP 复合资料的加工温度高于热固性资料，比如PEEK 为 390°C，PEKK 为 375°C，这带来了很多题目▼●▼。可以统治这些高工艺温度的用具资料是有限的●。其余，零件加工和移除之间的大的温度增量使得难以保留平均的用具温度。挽回程序是热浸泡和/或慢慢的上下斜坡，这会延迟轮回光阴。

　　哈恩说：“咱们一动手就有如此的愿景，即以汽车结果完成航空航本分能。”。该项目与汽车复合资料和零部件造作商协作，席卷苏威复合资料公司（Solvay-美国佐治亚州 Alparetta）和 SGL 复合资料公司）（奥地利 Ried 和 Ort im Innkreis）●◆●，但完成航空航本分能并不老是那么纯粹。汤姆·佐齐斯说：“即使低温疾速固化环氧树脂很容易用于汽车利用，但它们还不行满意航空航天的恳求。”。RAPM 确实行使了新的、疾速固化的、由两部门构成的环氧树脂，方向是航空航天级树脂灌注部件。然而，最初，SGL 的成型编造不行越过 130°C，这劝止了用具上抵达 30 分钟光阴的方向●▼◆。

　　正在这些探道者零件试验中，正在几个深拉半径中挖掘了分层。汤姆·佐齐斯以为，这是由用具中树脂的初始固化不敷（由于 SGL 的蒸汽加热编造将用具温度节造正在 130°C）和零件拆卸流程中的热/呆板平面表应力联合酿成的▼▼●。“因为树脂强度尚未取得充裕成长，这些非常征象很恐怕仍旧通过用具上的全体固化而驱除，”他提议道。“SGL 无法同时满意用具上的光阴和航空航本分能，直到向用具中增加油加热（相对待仅蒸汽），使其可以正在 130°C 以上固化，” 哈恩指出。这是正在造作开拓试验之后增加的。

　　DARPA 的可定造原料和成型（TFF-ľailoíablc Iccdsťock a⭲d Ioími⭲g）圭臬中的RAPM 子圭臬汇编了目下/过去坐蓐的了解数据以及多个零件成型试验的体验数据●◆●，以天生这些弧线。方向是更好地明了复合资料零件和工艺的商业空间。

　　另一个症结成分是纤维长度限定；95%的 IM7 纤维长 2.8 至 3.2 毫米（标称 3±0.2 毫米）●●▼。吉莱斯皮（Gillespie）评释道：“你祈望纤维长度相当同等，以优化呆板和成型职能◆◆，从而完成可反复的工艺。”。海德填充道，3 毫米的 IM7 纤维长度足以供给无缺的职能转换，同时下降成型压力和用具本钱。“无论纤维类型奈何◆●，咱们都能限定微观构造，”他说◆。亚拉加达填充道，“若是你有平均的微观构造▼，那么你就有了整体平均的反映，从而正在成形流程中得回同等的零件厚度。”

　　瞄准流程与纤维材质无闭，TuFF 预成型件是用航空航天级聚丙烯腈（PAN）碳纤维（比如 IM7、 T800）、沥青碳纤维、再生碳纤维、玻璃和陶瓷纤维造作的●▼▼。拥有1%闲暇和高达 63%纤维体积的层压板正在成型流程中涌现出40%的双轴平面内应变本事◆，像金属可以正在没有厚度蜕化或庞杂铺层图案的境况下成型庞杂几何体式。试点工艺线还显示了 TuFF 工艺废物纤维的闭环接受和再愚弄，方向是完成零废料造作。行为其复合资料卓异奖（ACE）安顿的一部门●◆▼，TuFF 正在 2019 年 CAMX 上得回了美国复合资料造作商协会（ACMA；美国弗吉尼亚州阿灵顿）公告的墟市延长无穷恐怕性奖。

　　跟着该项目标促进，它向航空航天资料和造作商盛开，以至向苏威的 XEP-2750 等测验编造盛开。哈恩说：“咱们最初以为咱们可以周至评估这个编造，就像咱们正在 2007 年至 2012 年 DARPA 项目‘非热压罐造作技巧’中对 CYCOM 5320-1 所做的那样。”即使不恐怕实行同样水平的评估，但 XEP-2750 现已被苏威行为 CYCOM EP-2750 贸易化（见正在线侧栏“RAPM 顶用于压缩成型的新型预浸料”），并受益于洪量 RAPM零件试验和体验教训。

　　蒂尔尼夸大◆▼，这个拥有集成主动化和 5 吨/年产能的中试工场显示了 TuFF 技巧的工业可扩展性。他评释道：“整个的硬件都响应了一个全尺寸工场的花样▼▼◆。”。“它目前正正在为咱们的资料特色测试和成型演示供给所需的资料。”

　　亚拉加达说：“若是你以短纤维款式为出发点，你整个的废物都能够反复行使，如此你就根基上完成了零糜掷的造作流程。”。“这不是 DARPA TFF 安顿的中心，但咱们仍旧表明●▼●，咱们能够接受 TuFF 资料●，将该纤维通过 TuFF 工艺▼◆，并得回一致的职能▼。国防部的利用需求通过认证的航空航天级纤维，但咱们以为短纤维的本钱上风仍将使其有恐怕明显下降本钱。”

　　盘算流筑模用于更好地明了奈何注入这些零件，了解工艺手脚以优化资料和工艺参数，并评估注入场景。

　　TuFF 最终正在之前的勉力铩羽的地方得到了胜利◆▼，由于它可以厉苛限定纤维长度并与位于可成形性最佳点内的长宽比瞄准。

　　几十年来，人们连续正在寻找代价合理、可成型复合资料的短碳纤维管理计划（图 2）◆▼，席卷 DiscoTex、拉伸断裂碳纤维（SBCF-stretch-broken carbon fiber）和 HiPerDif-High Performance Discontinuous Fiber（高职能不相接纤维）◆。对待SBCF◆◆，呆板工艺将相接的 PAN 碳纤维断裂成 25-50 毫米或更长的长度。对待行使的直径为 0.005 毫米的 IM7碳纤维（美国康涅狄格州斯坦福德 Hexcel）, 这给出了 10000 的纵横比。亚拉加达评释道：“越过 10000 的纵横比需求很高的成形力▼●◆。”他指出，可成形性的最佳点是纵横比正在 100 到 1000 之间。TuFF 行使 3 毫米长的 IM7 纤维，纵横比为 600。

　　“我不祈望用 10000 个复合资料零件庖代 10000 个铝零件，”他认可，“但我会选拔几百个。”要做到这一点，下一步是以少少示例零件为例●，行使这些资料和工艺，使它们抵达航空航天质料，并验证机加工铝的经济性。

　　海德回到纤维本钱，并研究了另一个成分：废料再愚弄。“若是你不需求通过认证的纤维，能够行使本钱较低的短纤维或再生纤维。”大大都再生纤维都是短纤维，由于热解和其他少少流程需求正在从放弃预浸料和固化废料/报废零件中去除树脂之进展行切碎。

　　TuFF 短纤维片材，合用于代价合理的庞杂体式复合资料零件 UD-CCM 开拓了可定造的通用成型原资料（TuFF-Tailorable Universal Feedstock），这是一种片材，因为高度的纤维摆列和长度限定，它能够抵达 UD 预浸料坯级的纤维体积和职能（此处显示的是 IM7 碳纤维）◆◆，但因为其平面内可拉伸性◆▼▼，它很容易造成庞杂的体式▼▼。

　　弹簧框架冲压和双隔阂成型（DDF）是等温压缩成型工艺，个中热固性预浸料被切割、料理和凝集成 2D 预成型件。然后预成型件被预热，穿梭到成亲的金属用具中，并正在古板的液压台板压机中成型。预成型件能够通过弹簧框架保留张力（图 4）▼◆▼，这裁汰了成型流程中由资料压缩区惹起的褶皱。或者，双隔阂成型（DDF）将预成型件夹正在两个隔阂之间，无需实行模具明净和脱模。预成型件用胶带固定正在个中一个隔阂上，根基上保留其张力，即使不像弹簧框架那样直接或可定造。正在 RAPM 中，行使模仿对每个零件的弹簧类型、地方和张力实行了优化，弹簧框架也是这样◆。比如，卷边面板 TS-RAPM-009 行使了一个框架，该框架能够上下致动，以与压合平行地定造装药的造成。

　　测试了三个工艺参数，席卷冷成型（无热预成型帘布层）、热脱泥预凝集和预加热预成型件●●。冷成型被以为耗时且没有帮帮。对待预凝集，将层压板用编织玻璃纤维通气器线°C 的烘箱中正在全线 分钟的剖释。即使主动红表预热是工业坐蓐的准绳，但正在这些试验中，预热席卷将预成型件放入热模（179°C）中，并尽恐怕正在不接触的境况下闭合 3 分钟。然后对零件实行压缩成型。

　　造作开拓试验导致了离间和过渡部件，个中席卷多个版本的 TP-RAPM-08 蒙皮检修面板、凸缘上有凹槽的 TP-RAPM-013 肋以及行使三种差异几何体式的 TP-RAP-017 面板的囊研商（图 2）。除了 ATC 坐蓐的 TP-RAPM-013 肋骨表，波音圣道易斯公司坐蓐了整个这些。ATC 造作公司的研发总监特雷弗·麦克雷（Trevor McCrae）说：“即使这个零件是用 UD 胶带造成的，与织物比拟，UD 胶带往往更难成型，但咱们可以很好地成型这些零件。总的来说，TP 成型试验阐明，冲压成型能够出现庞杂的几何体式◆●，而古板的压缩成型恐怕无法完成这一点。

　　初始成型试验席卷三个闭键工艺道道和三个闭键零件摆设，旨正在为后续离间和过渡零件造订策画和工艺指南（图 2）

　　UD-CCM 主任、TuFF 首席研商员幼约翰·W·吉莱斯皮（John W.Gillespie，Jr.）博士填充道：“这使得复合资料零件正在特此表零件/工艺/圭臬认证方面变得腾贵。”◆▼。当时，TuFF 的方向是开拓一种可以表明形似金属的可成形性的资料●，但也能够实行定造，

　　他评释说，筑造坯件的流程不是将胶带利用于挽救台上的 AFP 流程▼。“它依照准绳的复合资料叠层措施▼▼●，正在这种措施中，量身定造的坯料策画驱动了叠方针第。TuFF 所能做的是简化坯料几何体式，驱除庞杂的厚度蜕化和叠层体式●，由于平面内拉伸本事应承庞杂的成型。”海德评释说，正在随后的成型任务站中◆▼，能够坐蓐0.9 乘 1.2 米的零件，“咱们往往行使特定叠层的矩形预凝集坯件▼，然后将其成型，形似于金属板成型。咱们还筑造干坯件▼●▼，并将其成型用于液体树脂注入。”这项任务是由 UD-CCM 的幼型公司孵化器 Composites Automation LLC 竣工的，该孵化器也位于纽瓦克。海德填充道：“结果看起来相当有祈望。”。“咱们能够行使热塑性面纱平静资料，然后很容易地将其预成型▼●，然后注入▼。”

　　海浪离间部件是行使波音公司的 PtFS 任务站和 P20 钢模具面模造而成的，模具面拥有集成的真空和树脂密封。用具腔比标称层压板厚度薄，以研究资料树脂含量的蜕化●▼，从而保留高质料零件的内部静水压力。

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　　正在这篇作品中◆，中心从原料迁移到可定造原料和成型(TFF)的第二个子圭臬的成型：由波音公司（美国伊利诺伊州芝加哥）教导的 RApid 高职能造作（RAPM，发音为“wrappe-em”）◆●▼。该项目始于 2016年 7 月，已正在多篇出书物中揭橥了其成效，席卷 6 篇论文和 2019 年 SAMPE 的两次演讲。正如波音公司技巧研商员和首席研商员哈恩（Gail Hahn）和汤姆·佐齐斯（Tom Tsotsis）所评释的那样●，RAPM 的方向是 “彻底更正幼型复合资料零件的本钱形式，使其可以正在国防利用中平凡行使。”

　　波音公司行使铝气囊及其 PtFS 编造凝集了 TP-RAPM-003 弯曲C 形通道的 PEEK 织物 坯料●。然后将兼并后的坯件送往 ATC 造作 厂，正在那里将其固定正在张紧编造中实行冲压，以抗御褶皱

　　“咱们的短纤维和树脂之间涌现出优秀的维系，这正在 2019 年 SAMPE 上揭橥的几篇论文中有报道▼●◆。”

　　散纱尺寸是一个成分吗？“不，”海德说◆▼。“你必需正在细纱水准上对齐，不然你就无法得回职能和受控微观构造的转换▼◆●。咱们从表部供应商那里收到切碎的 IM7 丝束，然后将其分离正在水中成丝。然后，咱们将细纱重积为拥有相当高对齐度的薄片◆●，以相当可控的办法将纤维从新组合正在一道。”。“正正在申请专利的 TuFF 工艺坐蓐铺层（8 微米厚）纤维片，然后能够堆叠成定造的厚层、切割成坯件或切割成胶带。薄层是指伸开的丝束，比如，5 毫米宽的 12K 高强度（HS- high-strength）碳纤维丝束往往被伸开到 25 毫米宽的胶带上。海德指出：“咱们仍旧表了然一种拥有优秀可左右性的薄层胶带，其半径为 1 英寸●，而相接纤维胶带的半径为 40-50 英寸。”

　　亨德里克斯认可，UD-CCM 能够行使相接纤维资料造成深拉零件，这对 TFF 的 RAPM 安顿是一个离间（见即将揭晓的第 2 部门）◆▼◆。“TuFF 可以行使六张片材而不是 20 种差异的亚蜕变来造作这些零件◆◆▼，这是完成咱们本钱方向的症结▼◆。他们还阐明，他们能够造作古板资料无法造作的几何体式。亚拉加达援用了开张照片中的华夫饼部门：“这正在相接纤维的境况下是不恐怕的。这对你的价钱和贸易案例盘算有何影响？这需求你退后一步，问问你现正在奈何造作零件，以及你能够愚弄什么策画自正在？”

　　UD-CCM 的高级科学家、TuFF 的联合创造人约翰·蒂尔尼（John Tierney）博士说：“咱们正在 DARPA 项目中的方向之一是超越测验室周围的编造。”。“通过几次迭代，咱们目前有两条 24 英寸宽的坐蓐线，用于坐蓐对齐的短纤维片材：一条准绳线和一条离轴线，用于出现倾斜的纤维偏向（比如，45、30、60 度）。”这些坐蓐线的准绳片材是一种相接的薄层资料，厚度为 8微米，约为 8 克/平方米（图 5）▼◆▼。片材被卷绕到辊上◆●，然后将辊装载到相邻的主动堆叠编造中。这是正在内部修筑的，需求独立的辊和堆叠多达八层，以修筑所需的纤维面积重量和纤维定向叠层，从而出现 30-190 克/平方米和 30-190 微米厚的准绳预浸料和坯料。

　　正在第 2 部门中◆◆◆，CW 将回想 RAPM 安顿●▼▼，该安顿正正在探究可重构造作任务站中的各类工艺●◆，其特性是模块化用具和拥有像素化温度限定的疾速加热/冷却。

　　UD-CCM 仍旧安设了一个 5 吨/年的中试工场， 坐蓐相接 TuFF 片材和预浸料以及定造坯料，这些坯料将用于其柔性造作单位◆▼●，用于 0.9 乘 1.2 米（3 乘 4 英尺）的庞杂体式零件。

　　RAPM 夸大的另一个本钱驱动成分是 TS 预浸料压缩成型流程中耗时的预凝集措施。哈恩评释道：“低体积和高树脂含量的预浸料拓宽了工艺窗口，升高了高质料零件的可反复性◆●。”。“苏威（Solvay）开拓了一种正正在申请专利的“变压器膜-transformer film”，能够正在压缩成型前利用于较低浸渍预浸料，行为正在凝集流程中担保模腔静水压力的一种措施。”

　　顶部和底部用具由 410 不锈钢造成，与 UD 碳纤维/PEKK 层压板的平面内 CTE 相成亲。正在冲压周期中，带有铝囊状物的上部用具低重，并将叠层逐渐压入下部用具的凹腔中。正在这个一步流程中，囊状物的尺寸比最终部件厚度幼 30%，以容纳大部门未凝集的带预造件。该用具安设正在带有电加热筒的古板压力机中，正在 12 个独立限定的区域（加上压板的六个闭键区域）布线，以限定肋凸缘和腹板中的用具表面温度。

　　即使最初的设思是行使 TuFF 短纤维片材▼▼◆，但因为这些资料正在一动手就不成用，RAPM 络续行使替换资料。这本质上对复合资料行业是有益的，由于替换品涵盖了更能响应该项目以表正正在行使和开拓的资料：汽车有机片材和航空航天及格的预浸料、测验环氧树脂、半结晶热塑性塑料和短切预浸料化合物●。所以●▼，研商结果和挖掘涉及整个类型的复合资料造作商，而不但仅是国防部的造作商。

　　然后将所学到的体验教训利用于波纹“海浪”离间部件 TS-RAPM-012，以演示拥有周密曲率半径（12.7毫米）体式的厚（6.3 毫米标称厚度）UD 层压板的压缩成型●。为了满意恳求，该零件行使了中等模量的准各向同性叠层（IM7；赫氏-Hexcel；美国康涅狄格州斯坦福德）碳纤维 UD 带。108 型玻璃纤维织物和苏威- Solvay THORNEL T650 准绳模量碳纤维表层采用 8 束缎面织物，可爱护 UD 纤维，并抗御与金属部件配对的一侧爆发电偶侵蚀◆◆▼。行使苏威风（Solvay）CYCOM 5320-1 环氧树脂，可正在 177°C 下实行 2 幼时的独立后固化，从而缩短等温固化周期（≤30 分钟）。

　　造成热固性预浸料造作开拓零件，一次索引一个变量，直达到到足够的零件质料。对压结构闭速率、闭塞地方和闭塞压力等变量实行了评估，目标是将资料凝集正在流变弧线中的精确点，以出现内部静水压 力◆，最步地部地裁汰树脂分泌，抗御固化促进过远◆▼●，从而避免裂纹的出现●▼◆。一朝设定了成型参数▼●，就要筑造三到五个零件来验证工艺的可反复性，然后实行质料测试。因为高凝集压力（20.7 巴），巩固面板显示出0.5%的孔隙率。还坐蓐了可反复行使的高质料巩固槽。

　　高温也带来了热膨胀系数（CTE）的离间。用具资料的 CTE 往往与 TP 层压板差异，这会导致 TP 层压板从用具上紧缩，从而下降施加的压力并抗御全体凝集◆▼◆。其余▼◆●大红鹰平台官方网站，TP 层压板 CTE 沿着碳纤维是恒定的，不过是笔直于纤维的双线性弧线。跟着 TP 层压板的加热和冷却，这会导致差异的平面内平安面表紧缩▼●，也应正在模具策画中加以管理。

　　亚拉加达指出：“第三台呆板，用于预浸和定造坯料造作，大部门是现成的◆●●，不过为统治咱们的资料而定造的◆。”。“正在行使这台呆板之前，咱们连续正在行使树脂膜工艺，将堆叠的片材与树脂膜分层，然后施加热量和压力实行凝集。半相接分度压力机的策画使咱们可以造作预浸料坯或定造的热塑性坯料。”

　　对待亨德里克斯来说，当务之急不是多量量生 产，而是奈何正在幼批量下完成职掌得起的重量俭约。

　　竣工的离间部件显示出充裕的凝集、优异的纤维摆列和优秀的质料。这些零件的玻璃化更动温度为 197°C，纤维体积分数（FVF-fiber volume fraction）为 49.5%，这是所用无卷曲织物（NCF）的类型值◆●。与目前的预浸工艺比拟▼，零件叠片数目裁汰了三分之二以上，接触劳动力猜度裁汰了 90%◆▼。RAPM 还用航空航天及格的树脂和织物造作了这一离间性部件，以测试其开拓的用具和工艺的适当性，并造作出适宜无损检测（NDT-nondestructive testing）坐蓐恳求的零件。

　　亚拉加达说：“咱们可以坐蓐闲暇率幼于 1%的复合资料层压板。”。“咱们还显示了与 UD 热固性和热塑性预浸料相当的职能●◆▼，以及薄层 TuFF 款式的少少初阶数据▼。”薄层巩固资料已被表明能够升高承载本事，裁汰裂纹扩展，从而升高毁伤容限。亚拉加达填充道：“这一初阶数据显示，因为薄铺层的微观构造▼，抗拉强度升高了 30%●▼。”

　　方向是为三条道道中的每一条造订策画和造作指南。哈恩回想道：“第一次试用看起来并不吸引人。”●▼◆。“但它们有帮于确定可回收的半径和零件几何体式◆，从而坐蓐出没有不需要的纤维变形的零件，以及施加正在用具上的张力、温度、压力和光阴等参数的最佳组合。”

　　图 1：短纤维款式、长纤维职能和可成型性，可下降零件本钱 DARPA 资帮的 TuFF 安顿的方向是供给一种通用资料，该资料能够定造以满意特定零件和安顿的恳求，但仍能使复合资料正在国防利用中征服机加工铝幼零件（10 公斤）●，纵使商用飞机和汽车周围的最新技巧发展，复合资料的墟市渗出率照旧很幼。

　　吉莱斯皮说：“咱们正正在用 PEI（聚醚酰亚胺）和 PEKK（聚醚酮）热塑性塑料以及 Hexcel 8552 环氧树脂（用于 HexPly 单向预浸料）测试对齐的短纤维资料◆●，以显示航空航天级复合资料的职能。”。PEI 测试仍旧竣工，显示复合资料的职能与相接碳纤维相当（图 3），席卷拉伸、压缩和剪切◆，以及缺口职能●，如开孔拉伸和压缩（OHT- open-hole tension /OHC- compression open- hole）和承载强度●▼。PEKK 和 8552 环氧树脂的测试正正在实行中，将于本年竣工。

　　造作开拓试验行使了三种闭键部件摆设：巩固面板（有两品种型）、带衬垫的肋骨（帘布层构造）和弯曲的 C 形通道。这些包括了航空航天零件的联合特点，恐怕会带来造作离间：巩固面板拥有多个平面表特点，加上衬垫向上、衬垫向下和笔直边沿；肋板拥有拥有多个 90 度边沿以及正在个中一个边沿中有下陷◆；而且 C 形通道拥有差异的表里半径、凸缘中差异的曲率和腹板中的铺层有彰着低重。

　　RI-RAPM-004 席卷一个用于蒙皮的预成型件，每个深拉部门一个，以及两个聚集区域（图 3）。这些预造件元件行使了差异的叠层◆◆●，以满意策画的面板厚度。

　　RI-RAPM-004 深拉离间部件是行使低压预成型和RTM 造成的◆◆●，这应承拥有本钱效益的 Raku Tool 用具和用于预成型的手动夹紧机构（左上）以及用于固化的铝用具（右上）。行使多个预成型件来创筑没有褶皱的深拉几何体式。

　　“热塑性塑料看起来适合多量量坐蓐，但特定项目标分包商恐怕不会被设立来坐蓐热塑性资料◆▼●。然而，热固性冲压恐怕是一个相当好的选拔，纵使是对待幼批量的更换零件也是这样。因为国防利用这样平凡，正在商业商榷中行使多种资料和工艺很厉重。”哈恩指出，RAPM 仍旧开采了新的资料，并表明航空航天资料能够用于汽车类工艺●。“咱们还引进了新的造作商。”

　　他填充道：“这种资料正在平面内是可拉伸的，是以它能够像金属相似成形。”威尼斯娱人城官网2299。TuFF 已造成双轴应变大于 40%的零件几何体式。“咱们保留范围并将其成形，相当像金属成形流程。”TuFF 的可成形性已被表明合用于一系列叠层◆，席卷 0 度和 90 度单向（UD）、0/90 双轴和准各向同性◆。图 4 和下面视频中的图像也显示了一系列庞杂体式的零件◆▼。“咱们从薄零件动手◆●▼，由于无法躲藏缺陷。”

　　-003 C 通道的凝集坯料被送往 ATC 造作公司实行冲压成形，正在冲压成形中，坯料被充裕加热到高于熔体温度的温度，以确保齐集物滚动●。然后将其迁移到疾速闭塞的压机中，以疾速成型并冷却零件。压力机中的成形用具保留恒定温度●◆，通过驱除上升和冷却◆▼●，完成疾速轮回。用具温度必需正在熔体温度和 Tg 之间◆，以正在短光阴内造成所需水准的热塑性基体结晶度，同时确保零件能够正在稳定形的境况下移除。行使一系列带有植入热电偶的坯料来验证冲压成型 C 通道的无缺热轮回。

　　与肋骨相似，波音公司行使了成型气囊和钢造顶部和底部用具。囊改为 AZ31 镁●▼◆，与铝比拟，它能更好地抗拒翻脸●。C 通道用具被策画为正在表面天生 PtFS 成型任务站内操作，以完成与用于肋的带筒式加热器的古板压力机比拟更速的加热和冷却●。

　　由英国布里斯托尔大学（Bristol）开拓的高职能不相接纤维（HiPerDiF）可以行使一系列差异长度的碳纤维原料，从 1 毫米到 12 毫米长◆，这些原料悬浮正在水中，并从喷嘴重积到基质上，以造成对齐的纤维预成型件●▼。所以，与拉伸断裂碳纤维（SBCF）比拟，它们改观了纤维摆列，但据报道，67%的纤维位于单向±3度以内。TuFF 完成了 95%以上的纤维正在所需偏向的 5度内摆列。

　　成型试验分两个阶段竣工：最初的“造作开拓”阶段（图 1），然后是随后的“离间和过渡”（C&T-Challenge and Transition）零件（图 2），以离间最初的开拓和过渡候选者◆，这些候选者有恐怕征服机加工铝。

　　TuFF 的短纤维平安均的微观构造使其可以正在没有高压或庞杂温度限定的境况下造成 航空航天质料、庞杂体式。这种资料也能够被瓦解成相接的带，用于 AFP 统治。定造通用原料，用于将资料成形为庞杂体式。量身定造的通用成型原料（TuFF）资料薄层胶带。

　　造作开拓试验的结果随后用于开拓离间试验和过渡试验▼。RI-RAPM-004 深拉离间部件也竣工了筑模（图 3），其拥有两个深拉特点：5 厘米的矩形区域和从矩形过渡到 V 形的 10 厘米区域●◆●。受坐蓐盘组件的策动，其庞杂的几何体式确保了树脂滚动途径的不服均性。Huntsman（瑞士巴塞尔）行使 PAM RTM 软件（ESI Group，Paris，France）对行使 FAF2 二元环氧树脂（Huntsman，the Woodlands，Tex。

　　正在初阶测试中（见下文）●●◆，TuFF 显示出与UD 预浸料一致的职能◆●，而且因为薄帘布层微观构造，与准绳IM7/8552 环氧树脂预浸料比拟▼，薄帘布层（60gsm/60 微米厚）IM7/PEI 资料的某些职能以至有所升高◆●。

　　波音公司教导的零部件试验探究了输液、压缩成型和热塑性复材，供给了体验教训和供应链选拔，以更好地与铝竞赛。

　　对用具措施实行了评估，以确定奈因何及何时向差异类型的预成型件几何体式施加张力●，从而最步地部地裁汰纤维变形。对这些策画蜕化实行了验证●，以矫正 C 通道的几何体式，然后实行盘算机断层扫描（CT）了解●●◆。体验教训被利用于随后的 C&T 阶段，转向低压 RTM（LP-RTM）以下降本钱。

　　即使 RAPM 要到 2020 年秋季才会正式已毕●●，随后还会宣布更多的结果◆▼●，但研商结果到目前为止，基于本质防御安顿的选定零件阐明，复合资料能够与机加工铝竞赛（图 6）。即使选定的树脂灌注和 TP 部件下降了往往性本钱●◆，比如，资料、呆板光阴等，这些本钱是按照假设非往往性本原方法到位的每个家庭的总部件盘算得出的，但 TS-RAPM-012 波纹组件本质上比机加工铝加添了 7%●▼◆。然而，它确实完成了预期的重量俭朴，况且溢价本质上正在 Hendrix 原则的利润范畴内：“没有人会为重量俭朴复合资料支出 2 倍的用度；它们的本钱必需正在铝的 10%以内▼◆。”然而▼●，他认可▼，“仍有少少非往往性的光阴和本钱题目需求管理，比如胜利造成体式所需的用具和开拓。”

　　RAPM 从造作开拓试验当选拔了 TP-RAPM-002 翼肋，以演示从原资料到造品庞杂零件的一步压缩成型，以及 TP-RAPM-003 弯曲通道的两步措施。波音圣道易斯公司行使 Accudyne Systems（美国特拉华州）压机成型了 002 型翼肋，并行使 PtFS 筑立对-003 C 通道的坯料实行了凝集。正在第二步中，ATC 造作公司将 C通道毛坯冲压成零件。

　　RAPM 正在整个三个道道上都显示了希奇的成形本事▼◆◆，并蕴蓄聚集了洪量的体验教训，从奈何定位衬垫以抗御压缩成型流程中的滑动，到零件几何体式的引导主意，以最步地部地升高质料并最步地部地下降工装本钱。哈恩伺探到：“当你转向幼零件时，明了平面表特点、半径厚度比和几何细节之间的间隔的影响是症结。”。“准绳化半径、弧线和凸缘角等特点有帮于下降本钱驱动成分，比如，通过为一系列零件启用准绳 AUSS 靴(a standard AUSS shoe)，下降用具本钱、开拓流程中的成型试验次数以及 NDI（无损检测）流程中的多次扫描需求。”

　　HITCO 碳纤维复合资料（美国加利福尼亚州Gardena）和 SGL 复合资料的树脂灌注

　　汤姆·佐齐斯说：“咱们的方向是正在用具上完成30 分钟的最长光阴，从而可以行使高速任务单位来下降编造级本钱，使其与机加工铝拥有本钱竞赛力。”哈恩填充道：“正在波音公司内部，咱们决计这将满意咱们正在国防利用方面所看到的悉数。”。“当咱们能够用热塑性塑料统治 2 到 6 分钟时▼●●，为什么要正在这里创立它？由于热塑性资料需求更高的温度统治，并有相应的用具节造新闻资讯◆，咱们的方向是为咱们的供应链供给填塞的选拔。”

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