탄소 섬유로 에어택시 eVTOL 사용 가능

이 블로그는 WIRED의 2019년 1월 기사에 대한 응답입니다. 탄소 섬유 복합재 생산이 도시 이동성 및 에어 택시 시장을 위한 전기 자동차(EV)/수직 이착륙(VTOL) 항공기의 개발을 지연시키고 있다고 주장하는 잡지입니다. 이에 대해 논의할 예정이지만 잠재적으로 파괴적인 신기술도 제공하므로 끝까지 읽으십시오.

이 빠르게 부상하는 산업을 다루고 제조 가능성을 염두에 두고 설계해야 할 필요성을 지적한 저자에게 박수를 보내긴 하지만, 그는 복합 산업에 대해 교육을 많이 받지 않았기 때문에 때때로 오해의 소지가 있습니다. 예:

그것이 기술적으로 사실이지만, Airbus는 2019년 중반까지 매월 60대의 A320 항공기로 증가하고 있습니다. 보잉은 2019년에도 B737을 위해 월 57대의 항공기를 생산할 예정입니다. A320의 경우 이는 6.3m 높이 3대의 항공기를 생산한다는 의미입니다. 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 수직 테일 플레인 어셈블리 일당 또한 3개의 12.45m 스팬 일당 CFRP 수평 꼬리 날개 조립품 .

또한 Airbus는 A320 Neo Plus라고 하는 A320의 다음 반복에 대해 복합 재료를 사용하고 모두 월 60-70대의 항공기를 목표로 하는 기술을 차례로 검증했습니다. 이러한 복합 기술은 RTM(수지 이송 성형), SMC(시트 몰딩 컴파운드)의 압축 성형 및 연간 700대 이상의 항공기를 쉽게 처리할 수 있는 사이클 타임을 갖는 열가소성 복합재(TPC)를 포함한 포트폴리오에 걸쳐 있습니다. 개발 중인 최신 기술 중 일부는 CFRP 부품 주기 시간을 4시간에서 15분 이하로 줄이는 것입니다. Airbus가 인증한 대부분의 신기술은 새로운 조립 방법과 마찬가지로 고도로 자동화되어 있습니다.

자동차 산업은 또한 eVTOL이 요구하는 것보다 더 높은 대량 생산을 위한 길을 열었습니다(유선 2035년까지 23,000대의 차량에 대한 예상 수요를 인용). BMW는 i3 생산량을 늘리고 있습니다. 및 i8 두 모델 모두 130 ~ 200 유닛/일 전체 CFRP 승객용 셀을 갖추고 있습니다. Audi 공급업체 Voith Composites는 150-300개/일의 비율로 A8용 CFRP 후면 벽을 생산하고 있습니다. . BMW i3 및 i8 모듈은 Airbus Helicopters EC 135에 대해 아래에 표시된 기체와 매우 유사합니다. 두 제조업체 모두 외부 및 내부 구성 요소를 이 프레임에 고정합니다.

BMW i3 및 i8 차체 프레임은 Airbus Helicopters EC135와 매우 유사합니다.
출처: 첨단 클러스터의 이정표 – 검토 및 미래 전망, MAI Carbon, pp 36-7(상단), BMW 및 Airbus 헬리콥터(하단).

한편, 아우디 A8 후면 벽은 RTM과 건조 탄소 섬유 테이프의 자동 배치를 사용하여 5분 주기로 만들어지며 특정 하중을 충족하기 위해 길이와 섬유 방향이 맞춤화되며 베이스 6겹(1.5mm 두께)에서 최대 19겹(3.7mm 두께)은 고점하중을 충족하기 위해 국부 보강이 추가되었습니다. 이 단일 부품은 3~5개의 용접 알루미늄 부품 조립에 비해 무게의 50%에서 드라이브 셀의 비틀림 강성의 33%를 제공합니다.

2019 아우디 A8은 탄소 섬유 테이프로 5분 만에 만든 CFRP 후면 벽을 특징으로 합니다. 출처:Audi 및 Voith Composites.

열가소성 수지

그러나 이러한 예는 열가소성 기술을 활용하지도 않고 있으며, 이는 2019년 2분기 이전에 발표될 예정인 Boeing의 새로운 중형 항공기(NMA)의 선택으로 선호됩니다. 열가소성 부품은 1990년대부터 항공기에 탑재되어 왔으며 개발은 계속되었습니다. , Airbus와 유럽의 Tier 1 공급업체는 훨씬 더 큰 날개와 동체 섹션(통합 보강재 포함)을 프로토타이핑하여 올해 실물 크기의 동체 시연기로 확장할 예정입니다. 열가소성 복합 재료는 또한 용접을 가능하게 하여 패스너 및 조립을 제거할 수 있는 추가 기회를 제공합니다.

Automated Dynamics, 현재 Trelleborg Group의 일부 , 2012년에 자동화된 섬유 배치 동안 현장 통합을 사용하여 이 풀 사이즈의 일체로 강화된 CF/PEEK 헬리콥터 테일붐을 생산하여 긴 오토클레이브 주기와 패스너 및 접착제를 제거했습니다.
출처:Automated Dynamics, Trelleborg

TPC 재료 및 처리를 위한 공급망은 지난 3년 동안 빠르게 통합되었으며, 현재 모든 주요 탄소 섬유 공급업체는 항공우주 및 자동차 애플리케이션을 위해 여러 회사에서 시연한 열가소성 테이프 및 사이클 타임이 짧은 오버몰딩 부품을 생산하고 있습니다. 열가소성 수지 용접은 또한 여러 회사에서 시연되었습니다.

복합 재료 제조 업체 CCP Gransden의 Scott King과의 인터뷰에서 "복합 재료, 항공 우주에서 자동차까지의 조력자로서의 오버몰딩"에서 발췌:

CCP Gransden은 광범위한 폴리머와 섬유를 사용하여 일반적으로 2분 미만의 사이클 시간으로 가볍고 복잡한 부품을 생산하기 위해 1단계 열성형 및 열가소성 복합재 오버몰딩 기술을 개선했습니다. 출처:CCP Gransden

최신 기술

그러나 이 기술은 2014년 이후로 발전하여 이제 몇 가지 흥미로운 개발 사항을 포함하게 되었습니다.

열가소성 오버몰드 열경화성 수지

AZL Aachen의 OPTO-Light 프로젝트는 탄소 섬유/에폭시에 오버몰딩된 열가소성 복합재(TPC) 리브와 클립을 시연했습니다. 합성 부품.

오버몰딩 + UD 하중 지지 펄트러션

MAI Skelett 프로젝트는 모든 BMW i3를 능가하는 구조적 지붕 부재/앞유리 프레임을 생산하기 위해 75초의 2단계 프로세스에서 오버몰딩된 TPC 인발을 시연했습니다. 부착물과 클립을 통합하는 동시에 부품 요구 사항을 충족하고 BIW 잔류 강도를 높이기 위해 취성에서 연성 파괴 모드로 충돌 동작을 변경합니다.

프로젝트 파트너인 SGL Carbon은 이제 PP 또는 PA6 제품군을 사용하는 단일 매트릭스 솔루션에 적합한 크기의 탄소 섬유를 공급합니다. 여기에는 인발, 유기 시트 및 오버몰딩 화합물뿐만 아니라 부품 개발을 위한 설계 및 프로세스 전문 지식이 포함됩니다. 후자는 LAC, 독일 마이팅겐).

BMW의 새로운 특허 , 고정밀 고정 시스템은 패스너, 드릴 구멍 또는 접착제 없이 사출 성형 또는 오버몰딩된 클립(하단) ​​및 3D 인쇄된 볼(상단)을 사용합니다. 하단 이미지는 이 시스템이 2019 MINI Yours 맞춤형 프로그램의 일부로 맞춤형 3D 인쇄 인테리어 트림을 "붙여넣기"하는 방법을 보여줍니다.

출처:특허 DE 10 2013 214 269 B3(상단)
https://www.youtube.com/watch?v=1pyxNKw-nf8(하단)

유선으로 돌아가기 기사 및 정보가 없는 주장:

이 CFRP 생산 방법이 수년 동안 사용된 것은 사실이지만 항공기와 자동차 제조업체 모두 이미 자동화된 폐기물 제로에 가까운 재료 및 공정뿐만 아니라 다음 분야에서 입증된 이점을 가진 열가소성 수지로 전환한 것도 사실입니다. 패스너를 제거하여 재활용 가능성/재활용 콘텐츠 및 수리 가능성을 가능하게 합니다.

결국 유선 eVTOL의 선구자 ICON은 CFRP 기체뿐만 아니라 더 큰 항공기용 부품도 생산할 계획이기 때문에 저자는 자신의 전체 논문과 모순됩니다. 탄소 섬유는 분명히 eVTOLS를 접지시키지 않을 것이지만 대신 공기와 도로 모두에서 광범위한 미래 차량을 위한 영리한 엔지니어링을 추진하는 회사에서 이미 핵심 역할을 하고 있습니다. 이 모든 새 차량은 어쨌든 인증을 받아야 하기 때문에 최신 기술을 사용하는 것이 합리적입니다.

한 가지 핵심 포인트는 이었습니다. BetaTechnologies CEO Kyle Clark의 기사에서 작성:

Blue Force Technologies의 CEO인 Scott Bledsoe도 공기 역학, 추진력, 스타일링, 구조 및 제조의 중요성을 강조했습니다. 동일한 좌석을 가진 팀 설계 및 개발의 각 단계에서 테이블에서.

그러나 아마도 가장 중요한 것은 복합 재료 제조가 이동하는 위치에 대한 최신 정보를 유지하고 전문 지식을 공유하고 미래 응용 프로그램을 개발하는 데 도움을 주고자 하는 많은 재료, 장비 및 기술 공급업체와 연결하는 것입니다. CompositesWorld에서 저희에게 연락하십시오. 그것이 바로 우리가 하는 일이기 때문에 기술적이고 안정적인 연결과 정보를 제공합니다.