邦防高级商量预备局（DARPA，美邦弗吉尼亚州阿灵顿）于 2015 年启动了可定制原料和成型（TFF-Tailorable Feedstock and Forming）预备，以告竣邦防飞机小型庞杂体式复合原料零件的急迅、低本钱和灵敏修筑。这项为期 48 个月的预备旨正在抬高复合原料的本钱竞赛力，以行使其与机加工铝比拟的重量节约和耐腐化开裂本能。正在本系列的第 1 部门中，CW 考虑了 TFF 的愿景及其可定制的通用成形原料（TuFF-Tailorable Universal Feedstock for Forming）子轨范，该子轨范开采了一种具有高呆板本能和类金属成形性的短纤维片材。

　　九个已杀青的试验 8（#0-8）出现了最高质地的部门，重要归因于预凝结。从中提取的样品适合厚度（其他零件的题目）和层压质地，纤维体积为 59- 63%，闲隙率为 0-0.6%。

　　RAPM 从修筑开采试验膺选择了 TP-RAPM-002 翼肋，以演示从原原料到制品庞杂零件的一步压缩成型，以及 TP-RAPM-003 弯曲通道的两步办法。波音圣道易斯公司运用 Accudyne Systems（美邦特拉华州）压机成型了 002 型翼肋，并运用 PtFS 装备对-003 C 通道的坯料实行了凝结。正在第二步中，ATC 修筑公司将 C通道毛坯冲压成零件。

　　对东西办法实行了评估，以确定怎么以及何时向差别类型的预成型件几何体式施加张力，从而最局势限地节减纤维变形。对这些计划改观实行了验证，以更正 C 通道的几何体式，然后实行算计机断层扫描（CT）分解。履历教训被操纵于随后的 C&T 阶段，转向低压 RTM（LP-RTM）以消重本钱。

　　归根结底，这取决于纤维到零件的本钱布局，”他一直说道。“运用织物和 UD 胶带，您可能担负从纤维转 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、缺陷等而出现庞大的废物和成型危险。通过从连接的、通过认证的纤维入手下手实行后续切割，我 们确实会得回极少非常的本钱，但当咱们将其转换成复 杂的体式时，变成起来要容易得众。以是，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，具有上风。”

　　波音公司运用铝气囊及其 PtFS 体例凝结了 TP-RAPM-003 弯曲C 形通道的 PEEK 织物 坯料。然后将团结后的坯件送往 ATC 修筑 厂，正在那里将其固定正在张紧体例中实行冲压，以防范褶皱

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

　　亨德里克斯订交 RAPM 的航空航天和汽车修筑相易是有益的。其余，苏威（Solvay）和 SGL 正在没有纤维变形或其他缺陷的情形下变成庞杂体式的技能给他留下了深切印象。他供认：“修筑体面的汽车零部件现实上是有好处的。”。“你不行有褶皱或倒霉的外观光洁度；它们务必是完好的。但它们如故需求众次试验和庞大开采材干变成 RAPM 零件。假使邦防项目经管的是少量的，我不确定他们是否会投资于这种非往往性工程。经济性将依照详细情形而定，但东西和开采如故是咱们需求的题目。”哈恩添补道，“咱们正正在揭晓履历教训，使商业商量可能愈加知情，并增加选取畛域，为行业磋商竖立一个合理怒放的根柢。” CW 将正在本年晚些时期 RAPM 完成后一直实行这一磋商并更新。

　　高温也带来了热膨胀系数（CTE）的离间。东西原料的 CTE 平常与 TP 层压板差别，这会导致 TP 层压板从东西上屈曲，从而消重施加的压力并防范齐备凝结。其余，TP 层压板 CTE 沿着碳纤维是恒定的，可是是笔直于纤维的双线性弧线。跟着 TP 层压板的加热和冷却，这会导致差别的平面内安全面外屈曲，也应正在模具计划中加以治理。

　　变成热固性预浸料修筑开采零件，一次索引一个变量，直达到到足够的零件质地。对压坎阱闭速率、紧闭位子和紧闭压力等变量实行了评估，主意是将原料凝结正在流变弧线中的精确点，以出现内部静水压 力，最局势限地节减树脂排泄，防范固化促进过远，从而避免裂纹的出现。一朝设定了成型参数，就要修制三到五个零件来验证工艺的可反复性，然后实行质地测试。因为高凝结压力（20.7 巴），加紧面板显示出0.5%的孔隙率。还分娩了可反复运用的高质地加紧槽。

　　RI-RAPM-004 网罗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）。这些预制件元件运用了差别的叠层，以餍足计划的面板厚度。

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　　 运用苏威（Solvay 复合原料英邦 Heanor 和美邦加利福尼亚州阿纳海姆。Fiber Dynamics（美邦堪萨斯州威奇托）和 Reinhold Industries（美邦加利福尼亚州圣达菲斯普林斯）

　　亨德里克斯供认，UD-CCM 可能运用连接纤维原料变成深拉零件，这对 TFF 的 RAPM 预备是一个离间（睹即将宣布的第 2 部门）。“TuFF 可能运用六张片材而不是 20 种差别的亚变革来修筑这些零件，这是告竣咱们本钱方针的闭节。他们还评释，他们可能修筑古板原料无法修筑的几何体式。亚拉加达援用了揭幕照片中的华夫饼部门：“这正在连接纤维的情形下是不或者的。这对你的代价和贸易案例算计有何影响？这需求你退后一步，问问你现正在怎么修筑零件，以及你可能行使什么计划自正在？”

　　跟着该项主意促进，它向航空航天原料和修筑商怒放，以至向苏威的 XEP-2750 等实践体例怒放。哈恩说：“咱们最初以为咱们可能全部评估这个人例，就像咱们正在 2007 年至 2012 年 DARPA 项目‘非热压罐修筑手艺’中对 CYCOM 5320-1 所做的那样。”只管不或者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（睹正在线侧栏“RAPM 顶用于压缩成型的新型预浸料”），并受益于豪爽 RAPM零件试验和履历教训。

　　UD-CCM 主任、TuFF 首席商量员小约翰·W·吉莱斯皮（John W.Gillespie，Jr.）博士添补道：“这使得复合原料零件正在怪异的零件/工艺/轨范认证方面变得高贵。”。当时，TuFF 的方针是开采一种可能外明仿佛金属的可成形性的原料，但也可能实行定制，以餍足邦防部的一系列操纵需乞降数目。

　　RI-RAPM-004 深拉离间部件是运用低压预成型和RTM 制成的，这同意具有本钱效益的 Raku Tool 东西和用于预成型的手动夹紧机构（左上）以及用于固化的铝东西（右上）。运用众个预成型件来创修没有褶皱的深拉几何体式。

　　这些成形试验分娩了复合原料零件，无损检测（NDI）结果及格。然而，囊状东西的计划需求进一步开展，以更正将叠层成形为零件的精细内半径，并维系匀称的外观厚度。

　　TP 层压板也或者因加工而屈曲，由于树脂体积跟着从液体到固体的改观而节减。恰是正在这个冷却阶段，当闭节的树脂基体结晶发作时，需求对温度匀称性和层压板压力实行无误限定，以确保制品零件的高质地本能。

　　TP 复合原料的加工温度高于热固性原料，比如PEEK 为 390°C，PEKK 为 375°C，这带来了很众题目。可能经管这些高工艺温度的东西原料是有限的。其余，零件加工和移除之间的大的温度增量使得难以维系匀称的东西温度。拯救手段是热浸泡和/或平缓的上下斜坡，这会耽误轮回功夫。

　　初始成型试验网罗三个重要工艺道道和三个重要零件设备，旨正在为后续离间和过渡零件协议计划和工艺指南（图 2）

　　对待亨德里克斯来说，当务之急不是多量量生 产，而是怎么正在小批量下告竣承当得起的重量撙节。

　　亚拉加达说：“从 20 世纪 90 年代末入手下手宣布的手艺论文评释，长径比为 100 的短纤维应与连接纤维的硬度相成婚，长径比为 1000 的短纤维也应与强度相成婚。”。“但纤维瞄准也存正在题目。”

　　杀青的离间部件显示出弥漫的凝结、优异的纤维摆列和杰出的质地。这些零件的玻璃化改观温度为 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，零件叠片数目节减了三分之二以上，接触劳动力估量节减了 90%。RAPM 还用航空航天及格的树脂和织物修筑了这一离间性部件，以测试其开采的东西和工艺的适当性，并修筑出适合无损检测（NDT-nondestructive testing）分娩请求的零件。

　　几十年来，人们继续正在寻找价钱合理、可成型复合原料的短碳纤维治理计划（图 2），网罗 DiscoTex、拉伸断裂碳纤维（SBCF-stretch-broken carbon fiber）和 HiPerDif-High Performance Discontinuous Fiber（高本能不连接纤维）。对待SBCF，呆板工艺将连接的 PAN 碳纤维断裂成 25-50 毫米或更长的长度。对待运用的直径为 0.005 毫米的 IM7碳纤维（美邦康涅狄格州斯坦福德 Hexcel）, 这给出了 10000 的纵横比。亚拉加达证明道：“超出 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 运用 3 毫米长的 IM7 纤维，纵横比为 600。

　　TuFF 的短纤维和匀称的微观布局使其可能正在没有高压或庞杂温度限定的情形下变成 航空航天质地、庞杂体式。这种原料也可能被肢解成连接的带，用于 AFP 经管。定制通用原料，用于将原料成形为庞杂体式。量身定制的通用成型原料（TuFF）原料薄层胶带。

　　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）测试对齐的短纤维原料，以涌现航空航天级复合原料的本能。”。PEI 测试仍旧杀青，显示复合原料的本能与连接碳纤维相当（图 3），网罗拉伸、压缩和剪切，以及缺口本能，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，将于本年杀青。

　　修筑开采试验的结果随后用于开采离间试验和过渡试验。RI-RAPM-004 深拉离间部件也杀青了修模（图 3），其具有两个深拉特点：5 厘米的矩形区域和从矩形过渡到 V 形的 10 厘米区域。受分娩盘组件的引导，其庞杂的几何体式确保了树脂滚动途径的不匀称性。Huntsman（瑞士巴塞尔）运用 PAM RTM 软件（ESI Group，Paris，France）对运用 FAF2 二元环氧树脂（Huntsman，the Woodlands，Tex。

　　波音公司引导的零部件试验研究了输液、压缩成型和热塑性复材，供给了履历教训和供应链选取，以更好地与铝竞赛。

　　UD-CCM 仍旧安置了一个 5 吨/年的中试工场， 分娩连接 TuFF 片材和预浸料以及定制坯料，这些坯料将用于其柔性修筑单位，用于 0.9 乘 1.2 米（3 乘 4 英尺）的庞杂体式零件。

　　海德说，程序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，复合原料的本能不但取决于纤维，还取决于树脂和树脂-纤维界面。海德说：“咱们继续正在商量贸易纤维，这种纤维通过航空热塑性树脂和环氧树脂的外观经管，但不是上浆。”

　　然后将所学到的履历教训操纵于波纹“海浪”离间部件 TS-RAPM-012，以演示具有精细曲率半径（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。为了餍足请求，该零件运用了中等模量的准各向同性叠层（IM7；赫氏-Hexcel；美邦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 程序模量碳纤维外层采用 8 束缎面织物，可包庇 UD 纤维，并防范与金属部件配对的一侧发作电偶腐化。运用苏威风（Solvay）CYCOM 5320-1 环氧树脂，可正在 177°C 下实行 2 小时的独立后固化，从而缩短等温固化周期（≤30 分钟）。

　　TuFF 仍旧外明了其以高成型性餍足航空航天本能的技能，但低本钱呢？亚拉加达供认：“咱们正正在运用连接的短切PAN 纤维。”。“然而，商场上有来自Toray、 Hexcel、Teijin 和其他公司的商用短纤维，以及来自接收和废物流泉源的短纤维。这些纤维没有低级航空航天布局所需的认证，但有或者明显消重其他操纵的原料本钱。”

　　顶部和底部东西由 410 不锈钢制成，与 UD 碳纤维/PEKK 层压板的平面内 CTE 相成婚。正在冲压周期中，带有铝囊状物的上部东西低落，并将叠层迟缓压入下部东西的凹腔中。正在这个一步经过中，囊状物的尺寸比最终部件厚度小 30%，以容纳大部门未凝结的带预制件。该东西安置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（加上压板的六个重要区域）布线，以限定肋凸缘和腹板中的东西外观温度。

　　测试了三个工艺参数，网罗冷成型（无热预成型帘布层）、热脱泥预凝结和预加热预成型件。冷成型被以为耗时且没有助助。对待预凝结，将层压板用编织玻璃纤维通气器线°C 的烘箱中正在全线 分钟的理解。只管自愿红外预热是工业分娩的程序，但正在这些试验中j9九游会-真人游戏第一品牌，预热网罗将预成型件放入热模（179°C）中，并尽或者正在不接触的情形下闭合 3 分钟。然后对零件实行压缩成型。

　　运用 Aniform 软件（荷兰恩斯赫德）实行的成形模仿评释，高度悬垂的 PEEK 织物坯件正在压缩区域（即内（较小半径）凸缘）仍存正在褶皱危险。以是，当成婚的金属东西闭合以变成坯料时，由梭板和夹子构成的张紧体例（图 5）将坯料维系正在张紧形态。只管如许，当纤维正在内径处向内胀动时，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，而是为了胀动咱们正在可成形性方面所能抵达的方针。”

　　对待 TP-RAPM-003 弯曲 C 通道，所运用的粉末涂层 PEEK 2x2 斜纹织物具有相对较高的聚集系数。波音圣道易斯公司最先将沿零件长度从 32 层低落到 24 层的叠层团结为具有锥形横截面的扁平坯料，然后将坯料发送给 ATC 修筑公司，ATC 修筑公司用笔直凸缘冲压最终零件。

　　开采 C 通道东西办法是为了增众众个零件的生动性。将叠层安置正在底部东西上，将底部东西加热至原料的玻璃化改观温度（Tg）以维系柔韧性而不熔化。将网罗压力密封垫圈的体积减小框架安置正在底部东西的顶部，留下一个略大于零件叠层的空腔（图 5）。从顶部东西通过囊向铺放施加热量和液压。一朝抵达成形温度，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，正在维系囊状物压力的同时，通过原料的熔融相抬高东西温 度，这防范了原料正在熔融相时流过下部东西。

　　他证明说，修制坯件的经过不是将胶带操纵于挽回台上的 AFP 经过。“它恪守程序的复合原料叠层办法，正在这种办法中，量身定制的坯料计划驱动了叠层序次。TuFF 所能做的是简化坯料几何体式，排斥庞杂的厚度改观和叠层体式，由于平面内拉伸技能同意庞杂的成型。”海德证明说，正在随后的成型做事站中，可能分娩0.9 乘 1.2 米的零件，“咱们平常运用特定叠层的矩形预凝结坯件，然后将其成型，仿佛于金属板成型。咱们还修制干坯件，并将其成型用于液体树脂注入。”这项做事是由 UD-CCM 的小型公司孵化器 Composites Automation LLC 杀青的，该孵化器也位于纽瓦克。海德添补道：“结果看起来异常有指望。”。“咱们可能运用热塑性面纱安稳原料，然后很容易地将其预成型，然后注入。”

　　RAPM 通过正在 15-30 分钟的初始固化后移除尺寸安稳的零件，然后分批后固化，以抬高速度技能，从而最局势限地节减了零件正在东西上的功夫。还运用单个东西集对零件族实行了商量，比如，沿机翼长度具有三个差别翼缘角的 C 形通道，以最局势限地行使做事站。辅导 RAPM TS 办法的其他方针网罗：

　　美邦邦防高级商量预备局（DARPA，美邦弗吉尼亚州阿灵顿）于 2015 年启动了可定制原原料和成型（TFF-Tailorable Feedstock and Forming）预备，以告竣重量小于 20磅的庞杂几何体式复合原料零件的急迅、低本钱和灵敏修筑。复合原料正在采用自愿铺带和纤维铺设（ATL/AFP）等工艺修筑的大型加强蒙皮中征服了金属。然而，一个类型的兵法军用机身中 80%以上的零件都是几何体式庞杂的小型零件。对待这些，因为复合原料和小零件修筑的高本钱和庞杂性尊龙凯时ag旗舰厅，机加工铝受到青睐。复合原料行业和 TFF 项目咨询人杰夫·亨德里克斯（Jeff Hendrix）说：“你可能买一块 4 到 6 英寸的铝板，把它扔到数控加工核心，然后按下按钮。”DARPA 邦防科学办公室的项目司理米克·马赫（Mick Maher）是 TFF 的创始人，他证明道：“只管金属零件的修筑本钱更低，但它们非常的重量以及对开裂和腐化的易感性导致了体例的次优本能。”（只管马赫正在 2016 年杀青了 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 博士沟通。）亨德里克斯对此体现允诺，但他指出，“没有人会为这些较小部件中的复合原料减重支拨双倍的用度；它们务必比铝更具本钱竞赛力。”

　　最初的 RI-RAPM-004 试验显示，出口相近的气流崭露不料很是，导致外层层上升，导致纤维变形。失常入口和出口治理了这个题目。正在 130°C 的东西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 个高质地零件被交付给波音公司，用于自愿超声波体例（AUSS-automated ultrasonic system）C 扫描。

　　另一个闭节身分是纤维长度限定；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）证明道：“你指望纤维长度异常相同，以优化呆板和成型本能，从而告竣可反复的工艺。”。海德添补道，3 毫米的 IM7 纤维长度足以供给无缺的本能转换，同时消重成型压力和东西本钱。“无论纤维类型怎么，咱们都能限定微观布局，”他说。亚拉加达添补道，“假使你有匀称的微观布局，那么你就有了全部匀称的呼应，从而正在成形经过中得回相同的零件厚度。”

　　“低压预成型和 LP-RTM 同意使器械有本钱效益的东西（与钢比拟）：带有手动夹具的预成型东西由聚氨酯基 Raku tool 原料（RAMPF Tooling Solutions， Grafenberg，德邦）制成；固化东西由 5083 铝制成。

　　波音圣道易斯公司需求新的东西，正在唯有笔直驱动的液压机中实行凝结时，正在翼肋的笔直元件上出现程度压力。它的溶液是一个薄的铝囊状物（运用仿佛的体例变成 TP-RAPM-003，图 5）。正在高温下用惰性氩气加压，正在凝结经过中，气囊膨胀，对一切零件外观施加匀称的压力。

　　UD-CCM 的高级科学家、TuFF 的协同发觉人约翰·蒂尔尼（John Tierney）博士说：“咱们正在 DARPA 项目中的方针之一是超越实践室周围的体例。”。“通过几次迭代，咱们目前有两条 24 英寸宽的分娩线，用于分娩对齐的短纤维片材：一条程序线和一条离轴线，用于出现倾斜的纤维宗旨（比如，45、30、60 度）。”这些分娩线的程序片材是一种连接的薄层原料，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自愿堆叠体例中。这是正在内部构修的，需求寡少的辊和堆叠众达八层，以构修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 微米厚的程序预浸料和坯料。

　　TuFF 短纤维片材，合用于价钱合理的庞杂体式复合原料零件 UD-CCM 开采了可定制的通用成型原原料（TuFF-Tailorable Universal Feedstock），这是一种片材，因为高度的纤维摆列和长度限定，它可能抵达 UD 预浸料坯级的纤维体积和本能（此处显示的是 IM7 碳纤维），但因为其平面内可拉伸性，它很容易变成庞杂的体式。

　　亚拉加达（Yarlagadda）说：“TuFF 预备旨正在治理几个闭节离间，网罗怎么修筑直径较小的短碳纤维，使复合原料具有航空航天本能。”。“咱们的念法是转向低本钱的沥青前体，直接分娩短纤维，而不是切割连接纤维，旨正在抬高 IM（中等模量）碳纤维的本能。”该项目网罗德雷塞尔大学（美邦宾夕法尼亚州费城）、弗吉尼亚理工学院和州立大学（美邦弗吉尼亚州布莱克斯堡）以及克莱姆森大学（美邦南卡罗来纳州克莱姆森）行为分包商，后者正在沥青纤维上杀青大部门做事。

　　正在这些探道者零件试验中，正在几个深拉半径中创造了分层。汤姆·佐齐斯以为，这是由东西中树脂的初始固化不敷（由于 SGL 的蒸汽加热体例将东西温度节制正在 130°C）和零件拆卸经过中的热/呆板平面外应力协同变成的。“因为树脂强度尚未获得弥漫开展，这些很是景色很或者仍旧通过东西上的齐备固化而排斥，”他提议道。“SGL 无法同时餍足东西上的功夫和航空航天本能，直到向东西中增加油加热（相对待仅蒸汽），使其可能正在 130°C 以上固化，” 哈恩指出。这是正在修筑开采试验之后增加的。

　　-003 C 通道的凝结坯料被送往 ATC 修筑公司实行冲压成形，正在冲压成形中，坯料被弥漫加热到高于熔体温度的温度，以确保纠合物滚动。然后将其移动到急迅紧闭的压机中，以急迅成型并冷却零件。压力机中的成形东西维系恒定温度，通过排斥上升和冷却，告竣急迅轮回。东西温度务必正在熔体温度和 Tg 之间，以正在短功夫内变成所需程度的热塑性基体结晶度，同时确保零件可能正在稳固形的情形下移除。运用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。

　　一切三种 RAPM 原料和工艺道道都网罗运用外观天生（英邦拉特兰）按效力标准分娩（PtFS）像素化加热限定和工详细例的试验，该体例位于密苏里州圣道易斯的波音研发核心。可能正在生动的速度情况中容纳一切三品种型的原料/工艺。”。“咱们可能研究差别的温度限定办法和本钱。”波音 PtFS 做事站的最高温度为 440°C，夹紧力为 150 吨，有用零件体积为 750×750×100 毫米。

　　算计流修模用于更好地清晰怎么注入这些零件，分解工艺作为以优化原料和工艺参数，并评估注入场景。

　　高度对齐、短纤维可定制的通用成型原原料告竣了航空航天本能，正在零铺张的情形下告竣了中试工场，从纤维到零件仿佛金属的可成型性。

　　亚拉加达证明道：“这是一个具有离间性的题目，由于你所看到的工艺与分娩连接纤维的工艺异常差别。”只管仍旧对克莱姆森沥青纤维的众次迭代实行了评估，但开采和成熟沥青纤维手艺还需求 DARPA TuFF 项目以外的非常做事。以是，本文给出的 TuFF结果是运用切割成短长度的商用连接 PAN 纤维告竣的。下文将磋商本钱影响。

　　正在第 2 部门中，CW 将回想 RAPM 预备，该预备正正在研究可重构修筑做事站中的百般工艺，其特质是模块化东西和具有像素化温度限定的急迅加热/冷却。

　　亚拉加达说：“假使你以短纤维样式为出发点，你一切的废物都可能反复运用，如许你就根本上告竣了零铺张的修筑经过。”。“这不是 DARPA TFF 预备的要点，但咱们仍旧外明，咱们可能接收 TuFF 原料，将该纤维通过 TuFF 工艺，并得回沟通的本能。邦防部的操纵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或者明显消重本钱。”

　　由英邦布里斯托尔大学（Bristol）开采的高本能不连接纤维（HiPerDiF）可能运用一系列差别长度的碳纤维原料，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，以变成对齐的纤维预成型件。以是，与拉伸断裂碳纤维（SBCF）比拟，它们改正了纤维摆列，但据报道，67%的纤维位于单向±3度以内。TuFF 告竣了 95%以上的纤维正在所需宗旨的 5度内摆列。

　　RAPM 夸大的另一个本钱驱解缆分是 TS 预浸料压缩成型经过中耗时的预凝结举措。哈恩证明道：“低体积和高树脂含量的预浸料拓宽了工艺窗口，抬高了高质地零件的可反复性。”。“苏威（Solvay）开采了一种正正在申请专利的“变压器膜-transformer film”，可能正在压缩成型前操纵于较低浸渍预浸料，行为正在凝结经过中保障模腔静水压力的一种办法。”

　　从初始阶段选取的零件被界说为一个或众个工艺，以离间初始开采和过渡候选者，从而有或者征服机加工铝。

　　RAPM 正在一切三个道道上都涌现了别致的成形技能，并堆集了豪爽的履历教训，从怎么定位衬垫以防范压缩成型经过中的滑动，到零件几何体式的辅导目的，以最局势限地抬高质地并最局势限地消重工装本钱。哈恩观测到：“当你转向小零件时，清晰平面外特点、半径厚度比和几何细节之间的间隔的影响是闭节。”。“程序化半径、弧线和凸缘角等特点有助于消重本钱驱解缆分，比如，通过为一系列零件启用程序 AUSS 靴(a standard AUSS shoe)，消重东西本钱、开采经过中的成型试验次数以及 NDI（无损检测）经过中的众次扫描需求。”

　　HITCO 碳纤维复合原料（美邦加利福尼亚州Gardena）和 SGL 复合原料的树脂灌注

　　为了告竣这一愿景，TFF 分为两个子轨范——第一个子轨范用于第 1 部门中磋商的原料（原料），第二个子轨范用于下个月的第 2 部门中考虑的成型（成型）：

　　汤姆·佐齐斯说：“咱们的方针是正在东西上告竣30 分钟的最长功夫，从而可能运用高速做事单位来消重体例级本钱，使其与机加工铝具有本钱竞赛力。”哈恩添补道：“正在波音公司内部，咱们定夺这将餍足咱们正在邦防操纵方面所看到的全豹。”。“当咱们可能用热塑性塑料经管 2 到 6 分钟时，为什么要正在这里修立它？由于热塑性原料需求更高的温度经管，并有相应的东西节制，咱们的方针是为咱们的供应链供给填塞的选取。”

　　“我不指望用 10000 个复合原料零件庖代 10000 个铝零件，”他供认，“但我会选取几百个。”要做到这一点，下一步是以极少示例零件为例，运用这些原料和工艺，使它们抵达航空航天质地，并验证机加工铝的经济性。

　　蒂尔尼夸大，这个具有集成自愿化和 5 吨/年产能的中试工场涌现了 TuFF 手艺的工业可扩展性。他证明道：“一切的硬件都反响了一个全尺寸工场的姿势。”。“它目前正正在为咱们的原料特征测试和成型演示供给所需的原料。”

　　弹簧框架冲压和双隔阂成型（DDF）是等温压缩成型工艺，此中热固性预浸料被切割、摒挡和凝结成 2D 预成型件。然后预成型件被预热，穿梭到成婚的金属东西中，并正在古板的液压台板压机中成型。预成型件可能通过弹簧框架维系张力（图 4），这节减了成型经过中由原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此中一个隔阂上，根本上维系其张力，只管不像弹簧框架那样直接或可定制。正在 RAPM 中，运用模仿对每个零件的弹簧类型、位子和张力实行了优化，弹簧框架也是如许。比如，卷边面板 TS-RAPM-009 运用了一个框架，该框架可能上下致动，以与压合平行地定制装药的变成。

　　TuFF 最终正在之前的戮力朽败的地方博得了获胜，由于它可能庄厉限定纤维长度并与位于可成形性最佳点内的长宽比瞄准。

　　三个修筑开采热固性（TS）预浸料部件正在英邦海诺的索尔维操纵核心运用弹簧框架冲压和/或双隔阂成型（DDF- double diaphragm forming）修筑。一切三个部件均运用基于苏维（Solvay）树脂的环氧预浸料修筑，网罗 CYCOM 5320-1、CYCOM 970 和 CYCOM EP-2750 航空航天体例。哈恩说：“CYCOM 5320-1 是咱们的热压罐外（OOA）零件的首选，但它也被用作热压罐的及格体例。”。“CYCOM 970 是一种溶剂预浸料与热熔预浸料的选取，（CYCOM）EP-2750 是咱们的冲压成型体例，由于它针对工艺的物理和动力学实行了优化，咱们外明它可能分娩出最好的零件。”

　　 由波音公司（美邦伊利诺伊州芝加哥）引导的 RApid 高本能修筑（RAPM- RApid high-Performance Manufacturing，发音为“wrap em”）。TuFF 原原料是一种高度对齐、不连接的薄层样式的纤维预成型体，可与热塑性（TP- thermoplastic）或热固性（TS- thermoset）树脂组适用于预浸料，或以干样式用于基于浸渍的工艺。一种正正在申请专利的不连接碳纤维瞄准和预成型工艺已正在 UD-CCM 的一个 5 吨/年的试验举措中实行了演示，该试验举措网罗：

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　　UD-CCM 助理总监、TuFF 项目有劲人德克·海德（Dirk Heider）证明道：“通过这种高程度的纤维摆列，咱们可能得回与单向预浸料沟通的纤维体积。”。他指出，运用 3 毫米长 IM7 碳纤维的复合原料已外明纤维体积限定正在 40%至 63%之间。

　　海浪离间部件是运用波音公司的 PtFS 做事站和 P20 钢模具面模制而成的，模具面具有集成的真空和树脂密封。东西腔比标称层压板厚度薄，以思考原料树脂含量的改观，从而维系高质地零件的内部静水压力。

　　连接碳纤维给 TFF 的方针带来了两个题目：它高贵且难以变成庞杂的体式。短纤维供给了可成形性，但目前的样式和工艺，如打针成型，不行供给所需的高纤维体积本能（图 1）。又有一个题目是，怎么正在越来越散漫的邦防部商场上以较低的数目分摊昂扬的工装和零件开采本钱。

　　瞄准经过与纤维材质无闭，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、玻璃和陶瓷纤维修筑的。具有1%闲隙和高达 63%纤维体积的层压板正在成型经过中再现出40%的双轴平面内应变技能，像金属可能正在没有厚度改观或庞杂铺层图案的情形下成型庞杂几何体式。试点工艺线还涌现了 TuFF 工艺废物纤维的闭环接收和再行使，方针是告竣零废物修筑。行为其复合原料杰出奖（ACE）预备的一部门，TuFF 正在 2019 年 CAMX 上得回了美邦复合原料修筑商协会（ACMA；美邦弗吉尼亚州阿灵顿）宣告的商场增进无穷或者性奖。

　　亚拉加达指出：“第三台呆板，用于预浸和定制坯料修筑，大部门是现成的，可是为经管咱们的原料而定制的。”。“正在运用这台呆板之前，咱们继续正在运用树脂膜工艺，将堆叠的片材与树脂膜分层，然后施加热量和压力实行凝结。半连接分度压力机的计划使咱们可能修筑预浸料坯或定制的热塑性坯料。”

　　哈恩说，只管树脂灌注正在大零件中获胜，但 TS 和 TP 冲压正在小零件中看起来相当不错。、“树脂灌注的初始模具本钱很难克制，除非金属部件异常庞杂，需求豪爽的呆板加工，”她证明道。

　　海德回到纤维本钱，并思考了另一个身分：废物再行使。“假使你不需求通过认证的纤维，可能运用本钱较低的短纤维或再生纤维。”公共半再生纤维都是短纤维，由于热解和其他极少经过需求正在从烧毁预浸料和固化废物/报废零件中去除树脂之进取行切碎。

　　DARPA 的可定制原料和成型（TFF-ľailoíablc Iccdsťock a⭲d Ioími⭲g）轨范中的RAPM 子轨范汇编了此刻/过去分娩的分解数据以及众个零件成型试验的履历数据，以天生这些弧线。方针是更好地清晰复合原料零件和工艺的商业空间。

　　“热塑性塑料看起来适合多量量分娩，但特定项主意分包商或者不会被设立来分娩热塑性原料。然而，热固性冲压或者是一个异常好的选取，假使是对待小批量的交换零件也是如许。因为邦防操纵如许通常，正在商业磋商中运用众种原料和工艺很主要。”哈恩指出，RAPM 仍旧开荒了新的原料，并外明航空航天原料可能用于汽车类工艺。“咱们还引进了新的修筑商。”

　　只管 RAPM 要到 2020 年秋季才会正式完成，随后还会揭晓更众的结果，但商量结果到目前为止，基于现实防御预备的选定零件评释，复合原料可能与机加工铝竞赛（图 6）。只管选定的树脂灌注和 TP 部件消重了往往性本钱，比如，原料、呆板功夫等，这些本钱是依照假设非往往性根柢举措到位的每个家庭的总部件算计得出的，但 TS-RAPM-012 波纹组件现实上比机加工铝增众了 7%。然而，它确实告竣了预期的重量节约，况且溢价现实上正在 Hendrix 章程的利润畛域内：“没有人会为重量节约复合原料支拨 2 倍的用度；它们的本钱务必正在铝的 10%以内。”然而，他供认，比如获胜变成体式所需的东西和开采。”

　　成型试验分两个阶段杀青：最初的“修筑开采”阶段（图 1），然后是随后的“离间和过渡”（C&T-Challenge and Transition）零件（图 2），以离间最初的开采和过渡候选者，这些候选者有或者征服机加工铝。

　　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。

　　只管最初的设念是运用 TuFF 短纤维片材，但因为这些原料正在一入手下手就不行用，RAPM 一直运用替换原料。这现实上对复合原料行业是有益的，由于替换品涵盖了更能反响该项目以外正正在运用和开采的原料：汽车有机片材和航空航天及格的预浸料、实践环氧树脂、半结晶热塑性塑料和短切预浸料化合物。以是，商量结果和创造涉及一切类型的复合原料修筑商，而不但仅是邦防部的修筑商。

　　预成型轮回功夫网罗囊状物和 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。压力畛域为 1.4 至 9.7 巴，并通过带阀门的高压罐手动支柱。跟着迩来正在 PtFS 做事站中参与压棒体例，压模腔内线 psi）的热压罐式限定将正在将来告竣自愿化。

　　方针是为三条道道中的每一条协议计划和修筑指南。哈恩纪念道：“第一次试用看起来并不吸引人。”。“但它们有助于确定可接收的半径和零件几何体式，从而分娩出没有不需要的纤维变形的零件，以及施加正在东西上的张力、温度、压力和功夫等参数的最佳组合。”

　　复合原料行业和 TFF 项目咨询人杰夫·亨德里克斯（Jeff Hendrix）正在叙到 RAPM 的方针时体现：“我念要的只是极少小型复合原料零件的工艺，这些工艺可能正在衡量商量中征服铝。”那么，RAPM 获胜了吗？CW 研究了该项目修筑数百个零件的戮力，通过众种原料和工艺斗劲了十几种航空航天零件设备，同时寻求节减功夫和本钱的办法。

　　散纱尺寸是一个身分吗？“不，”海德说。“你务必正在细纱程度上对齐，不然你就无法得回本能和受控微观布局的转换。咱们从外部供应商那里收到切碎的 IM7 丝束，然后将其散漫正在水中成丝。然后，咱们将细纱重积为具有异常高对齐度的薄片，以异常可控的方法将纤维从头组合正在沿道。”。“正正在申请专利的 TuFF 工艺分娩铺层（8 微米厚）纤维片，然后可能堆叠成定制的厚层、切割成坯件或切割成胶带。薄层是指张开的丝束，比如，5 毫米宽的 12K 高强度（HS- high-strength）碳纤维丝束平常被张开到 25 毫米宽的胶带上。海德指出：“咱们仍旧外明了一种具有杰出可利用性的薄层胶带，其半径为 1 英寸，而连接纤维胶带的半径为 40-50 英寸。”

　　正在开始测试中（睹下文），TuFF 显示出与UD 预浸料沟通的本能，而且因为薄帘布层微观布局，与程序IM7/8552 环氧树脂预浸料比拟，薄帘布层（60gsm/60 微米厚）IM7/PEI 原料的某些本能以至有所抬高。

　　吉莱斯皮说：“当 TFF 最初创建时，该项目正正在商量为什么复合原料没有更众地用于邦防和汽车。”。“对待汽车业来说，这是由于他们仍旧投资于金属成型，务必从头投资于复合原料。但当复合原料可能像金属雷同成型时会发作什么？然后，从头设备现有分娩流程和行使现有装备变得更容易。”

　　图 1：短纤维样式、长纤维本能和可成型性，可消重零件本钱 DARPA 资助的 TuFF 预备的方针是供给一种通用原料，该原料可能定制以餍足特定零件和预备的请求，但仍能使复合原料正在邦防操纵中征服机加工铝小零件（10 公斤），假使商用飞机和汽车范畴的最新手艺发展，复合原料的商场渗入率如故很小。

　　与肋骨雷同，波音公司运用了成型气囊和钢制顶部和底部东西。囊改为 AZ31 镁，与铝比拟，它能更好地抵挡割裂。C 通道东西被计划为正在外观天生 PtFS 成型做事站内操作，以告竣与用于肋的带筒式加热器的古板压力机比拟更疾的加热和冷却。

　　“咱们的短纤维和树脂之间再现出杰出的贯串，这正在 2019 年 SAMPE 上宣布的几篇论文中有报道。”

　　修筑开采试验导致了离间和过渡部件，此中网罗众个版本的 TP-RAPM-08 蒙皮检修面板、凸缘上有凹槽的 TP-RAPM-013 肋以及运用三种差别几何体式的 TP-RAP-017 面板的囊商量（图 2）。除了 ATC 分娩的 TP-RAPM-013 肋骨外，波音圣道易斯公司分娩了一切这些。ATC 修筑公司的研发总监特雷弗·麦克雷（Trevor McCrae）说：“只管这个零件是用 UD 胶带制成的，与织物比拟，UD 胶带平常更难成型，但咱们可能很好地成型这些零件。”。总的来说，TP 成型试验评释，冲压成型可能出现庞杂的几何体式，而古板的压缩成型或者无法告竣这一点。

　　他添补道：“这种原料正在平面内是可拉伸的，因此它可能像金属雷同成形。”。TuFF 已变成双轴应变大于 40%的零件几何体式。“咱们维系畛域并将其成形，异常像金属成形经过。”TuFF 的可成形性已被外明合用于一系列叠层，网罗 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涌现了一系列庞杂体式的零件。“咱们从薄零件入手下手，由于无法遁匿缺陷。”

　　哈恩说：“咱们一入手下手就有如许的愿景，即以汽车结果告竣航空航天本能。”。该项目与汽车复合原料和零部件修筑商团结，网罗苏威复合原料公司（Solvay-美邦佐治亚州 Alparetta）和 SGL 复合原料公司）（奥地利 Ried 和 Ort im Innkreis），但告竣航空航天本能并不老是那么大略。汤姆·佐齐斯说：“只管低温急迅固化环氧树脂很容易用于汽车操纵，但它们还不行餍足航空航天的请求。”。RAPM 确实运用了新的、急迅固化的、由两部门构成的环氧树脂，方针是航空航天级树脂灌注部件。然而，最初，SGL 的成型体例不行超出 130°C，这障碍了东西上抵达 30 分钟功夫的方针。

　　正在这篇作品中，要点从原料移动到可定制原料和成型(TFF)的第二个子轨范的成型：由波音公司（美邦伊利诺伊州芝加哥）引导的 RApid 高本能修筑（RAPM，发音为“wrappe-em”）。该项目始于 2016年 7 月，已正在众篇出书物中宣布了其成绩，网罗 6 篇论文和 2019 年 SAMPE 的两次演讲。正如波音公司手艺商量员和首席商量员哈恩（Gail Hahn）和汤姆·佐齐斯（Tom Tsotsis）所证明的那样，RAPM 的方针是 “彻底转折小型复合原料零件的本钱形式，使其可能正在邦防操纵中通常运用。”

　　吉莱斯皮说：“咱们指望杀青 PEKK 和 8552 环氧树脂的本能测试，然后揭晓这些结果，以及咱们正在百般零件成型经过中的做事。”。“咱们有专利正正在申请中，正正在对该手艺实行许可。”DARPA TFF 项目将于 2020 年正式完成，一切测试和结果都将揭晓。

　　亚拉加达说：“咱们可能分娩闲隙率小于 1%的复合原料层压板。”。“咱们还涌现了与 UD 热固性和热塑性预浸料相当的本能，以及薄层 TuFF 样子的极少开始数据。”薄层加强原料已被外明可能抬高承载技能，节减裂纹扩展，从而抬高毁伤容限。亚拉加达添补道：“这一开始数据显示，因为薄铺层的微观布局，抗拉强度抬高了 30%。”

　　另一个题目是，正在成型经过中，东西需求齐备密封以容纳熔融的 TP 液体。哈恩说：“正在 375°C 至 390°C 的温度下密封东西是很困苦的，由于很少有相宜的垫圈可能经管 300 至 500 psi 或更高的温度和 TP变成压力。”。“咱们仅限于金属垫圈或成婚的金属东西来供给密封效力。弹性东西将口角常有益的，但目前一切的弹性体都市正在 TP 成型温度下理解。”

　　修筑开采试验运用了三种重要部件设备：加紧面板（有两品种型）、带衬垫的肋骨（帘布层布局）和弯曲的 C 形通道。这些包罗了航空航天零件的协同特点，或者会带来修筑离间：加紧面板具有众个平面外特点，加上衬垫向上、衬垫向下和笔直边沿；肋板具有具有众个 90 度边沿以及正在此中一个边沿中有下陷；而且 C 形通道具有差别的外里半径、凸缘中差别的曲率和腹板中的铺层有显明低落。

　　RAPM 算计了选定离间和过渡部件的往往性修筑本钱（如原料、呆板功夫），假设非往往性根柢举措仍旧到位，然后将其与机加工铝实行斗劲。

　　预浸和定制坯料分娩TS/TP 成型和液体成型做事站，将于 2020 年第三季度增众。

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