섬유
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이 온라인 사이드바는 2021년 3월 기사 "OOA 주입 윙박스 발전"을 위한 것으로, CW가 수년간 다뤄온 열 드레이프 성형(Hot Drape Forming) 관련 내용을 한곳에 모아 유용한 자료를 제공하고자 합니다. 아래는 2010년부터 2020년까지 여러 기사에서 발췌한 내용과 사진으로, 열 드레이프 성형이 어떻게 복합소재 생산 자동화를 돕는지 보여줍니다.
출처: "복합소재 윙 스파, 거대 터보프롭 엔진 지지"
GKN 에어로스페이스의 필 그레인저 기술 이사는 초기 A400M 스파에서처럼 대형 부품을 수작업으로 제작하면 느리며, 일반적인 적층 속도가 0.75kg/hr(1.5lb/hr)에 불과하다고 설명합니다. 그러나 양산 단계에서는 자동 테이프 적층기(ATL)를 사용해 평평하게 적층한 후 열 드레이프 성형으로 C-섹션 형태로 성형합니다. 이때 적층 속도는 25kg/hr(50lb/hr)까지 달성 가능합니다. 그레인저는 이것이 실제 부품에서 교대 근무 기준 달성 가능한 평균 속도임을 강조합니다.
공정 자동화를 위해 GKN 에어로스페이스는 MTorres(스페인 나바라) 제조의 20m/63피트 베드 대형 ATL에 투자했습니다. 이 ATL은 사이텍 엔지니어드 머티리얼즈(현 솔베이, 영국 렉섬) 공급의 977-2 카본 파이버/강화 에폭시 단방향 테이프를 사용해 복잡한 프리폼을 전개 형상으로 적층할 수 있습니다. C-섹션 성형을 위해 프리폼을 테이프 적층기에서 에어로폼(Aeroform Ltd., 영국 도싯 풀) 공급의 열 드레이프 포머로 이동시킵니다. 진공 흡입을 위해 적층물을 듀폰 일렉트로닉 테크놀로지스(미국 오하이오주 서큘빌) 공급의 카프톤 폴리이미드 필름 두 장 사이에 샌드위치합니다. 필름 사이의 공간을 진공 상태로 만든 후 부품 상단에서 적외선 가열을 가해 1시간 동안 60°C/140°F로 온도를 올립니다. 이는 루트 엔드 최두부 중앙의 소재까지 균일하게 같은 온도로 가열되도록 보장합니다. 그런 다음 가볍게 압력을 가해 래미네이트를 성형하는데, 이는 내부 면을 정확히 나타내는 경량 툴 위에서 두 다이어프램에 의해 구속됩니다. 이 C-성형 공정은 20분에 걸쳐 매우 천천히 수행됩니다. (성형 후 카프톤 필름은 폐기됩니다.)
출처: "FACC AG: 에어로복합소재 강자"
플랜트 3에서는 다양한 플랩, 페어링, 비행 조종면이 제조됩니다. 여기서도 자동 테이프 적층(ATL)과 열 드레이프 성형의 효율이 활용됩니다. 후자는 평평한 ATL 프리폼에 열과 압력을 가해 코어와 유연한 성형 패드를 사용해 3차원 형상을 만듭니다(그림 7 참조). 한 예로 진행 중인 A321 플랩 생산이 있으며, 이는 필(Fill, 오스트리아 구르텐)이 맞춤 엔지니어링한 최첨단 자동화 워크셀을 사용합니다.
출처: "자동 프리포밍, 파트 7: 필 게젤샤프트"
최근 사라 블랙과 내가 이스라엘의 고성능 복합소재에 대해 쓴 투어 기사에서, 대부분의 회사가 열 드레이프 성형을 사용하고 있음을 확인했습니다. 실제로 엘빗 사이클론에서 우리 가이드 조나단 훌라티는 "열 드레이프 성형 없이 이런 유형의 고속 프리프레그 부품 생산을 어떻게 하는지 모르겠다"고 말하며, 보잉 787 조립용 빔과 스탠천을 예로 들었습니다. 열 드레이프 포머(HDF)는 FBM과 이스라엘 항공우주산업(IAI)에서도 필수적인 것으로 간주됩니다.
필은 수년간 FACC에서 생산 중인 여러 대를 포함해 HDF 시스템을 공급해왔습니다. 이들은 기본적으로 진공 성형 시스템으로, 적외선이나 기타 가열 장치와 재사용 가능한 실리콘 고무 멤브레인을 장착해 경화 전 프리프레그 적층물을 툴 위에서 가열 및 압축(디벌킹)합니다. HDF는 아래에 표시된 완전한 에어로복합소재 생산 라인의 핵심 부분이 됩니다.
출처: "기업가적 금속 중심 기업 합병, 복합소재 최초 주장"
CW는 먼저 클린룸으로 안내되었는데, 작업자들이 다양한 부품을 적층하고 있었습니다. 이날 여러 스테이션에서, 각 스테이션마다 컴퓨터화된 적층 지원 화면이 장착되어 있었는데, 보잉 787용 부품에 초점이 맞춰져 있었습니다. 이해하기 쉬운 터치스크린은 각 플라이의 적층 각도와 툴 위에서의 위치를 명확히 보여줍니다. 센추리 디자인(미국 캘리포니아주 샌디에이고) 제조의 "길로틴" 머신은 2m 직경 회전 테이블과 중앙의 나이프 블레이드로 카본/에폭시 프리프레그에서 앵글 플라이를 빠르게 절단할 수 있게 합니다. 787 도어 서라운드용 툴은 일반적으로 폭보다 긴 형상의 강철 맨드릴로, 몇 센티미터에서 ~2m 길이까지 다양하며, 수백 개의 프레임, 브라켓, 클립을 생산하는 데 사용됩니다. 어시스트-불머(Assyst-Bullmer Inc., 영국 웨이크필드) 제조의 자동 평판 절단 테이블은 적층 기술자들이 한 번 작업으로 최대 50겹의 플라이를 절단하는 데 사용됩니다.
FBM의 열 드레이프 성형 머신은 이스라엘 기업 일렉트로썸 인더스트리(Electrotherm Industry) 공급으로, 중간 디벌킹 단계를 생략하고 최대 50겹의 단방향 플라이를 한 번에 성형해 경화 전 FBM의 적층 공정을 가속화하는 것으로 평가받습니다. 사진 제공: CW, 사라 블랙.
클린룸을 지배하는 것은 열 드레이프 포머(HDF)입니다. 일렉트로썸 인더스트리(이스라엘 미그달 하에멕) 제조의 정지형 머신(이동형 카트 버전도 제작)은 맞춤 제작된 진공 성형 시스템으로, 적외선 가열 장치와 실리콘 고무 멤브레인을 장착해 경화 전 툴 위의 복합소재 적층물을 가열 및 압축합니다. HDF는 최대 50겹의 적층 플라이를 중간 디벌킹 단계 없이 한 번에 성형할 수 있다고 폴리커는 말합니다. "공정 복잡성을 제거하기 위해 적층물을 한 번에 성형합니다." 프리프레그가 HDF에서 가열 및 압착된 후, 전체 적층물 위에 콜이 배치된 후 백킹됩니다. 카본 파이버 복합소재로 제작된 콜은 거친 표면 마감을 보입니다. 폴리커는 독점 소재 세부 사항을 공개하지 않지만, 177°C 오토클레이브 경화 온도를 견딜 수 있다고 말합니다: "이는 매치드 다이 툴을 시뮬레이션합니다." 맨드릴 툴은 필요에 따라 사내에서 재정비합니다. 백킹 및 소모품은 에어테크 인터내셔널(미국 캘리포니아주 헌팅턴 비치) 공급입니다.
출처: "이스라엘과 미국에서 복합소재 세계에 서비스"
오른쪽에서는 보잉 787 부품용 클린룸에서 작업자들이 작은 클립과 스탠천부터 복잡한 J-, I-, C-빔, 다중 피스 노즈 랜딩 기어 도어까지 다양한 부품용 프리프레그를 적층하고 있습니다. 프리프레그는 어시스트 불머(영국 웨이크필드) 자동 직물 절단기와 두꺼운 적층물을 어떤 각도에서든 절단하는 길로틴 머신으로 절단합니다. 프리프레그 냉동고는 클린룸 인접해 있습니다. 훌라티는 때때로 프리프레그 적층물을 절단, 키팅 후 다시 냉동고에 넣는다고 언급합니다. 클린룸 곳곳에 위치한 얼라이드 비전(미국 매사추세츠주 첼름스포드) 레이저 투영 시스템이 수작업 적층을 지원합니다.
카본 파이버 강화 플라스틱(CFRP) 플로어 빔 부품이 남성 금속 맨드릴 위에 적층되고 있습니다. 훌라티는 간소화된 공정을 설명합니다: "우리는 먼저 프리프레그 적층물을 쌓은 다음 맨드릴에 적용합니다. 이는 피스별로 툴에 적용하는 것보다 엄청난 시간을 절약합니다. 적층물은 우리의 독자 설계 CFRP 콜로 덮이는데, 이는 부품의 100% 반복성을 보장하는 데 도움이 됩니다."
클린룸 후면 벽을 따라 열 드레이프 성형 머신이 있어 사이클당 많은 부품을 디벌킹할 수 있습니다. "열 드레이프 성형 없이 빔이나 스탠천 같은 이런 유형의 고속 프리프레그 부품 생산을 어떻게 하는지 모르겠다"고 훌라티는 말합니다. 하지만 그는 이 단계가 병목도 아니고 오토클레이브도 병목이 아니라고 인정합니다. "경화 후 최종 가공이 병목"이라고 그는 주장하며, 긴 플로어 빔 부품의 경우 단순한 적층물을 쌓고 경화 후 가공하는 것이 더 빠르다고 설명합니다. "오토클레이브는 문제가 아닙니다. 한 번에 많은 부품을 적층해 경화할 수 있으니까요. 그래서 실제로 경화 사이클당 좋은 생산 속도를 얻습니다."
출처: "이스라엘의 항공방위 초석, 글로벌 확장 준비"
IAI는 열 드레이프 성형 머신을 사용해 두꺼운 프리프레그 적층물을 대량으로 디벌킹하여 기존 중간 디벌킹 단계의 필요성을 없앱니다. 사진 제공: 이스라엘 항공우주산업
IAI의 복합소재 운영은 비즈니스 제트기와 상용기, 무인 항공기(UAV), 군용기용 부품 제작 및 조립을 아우릅니다. 생산 부품에는 수직/수평 안정판, 러더, 윙 구조물, 엔진 나셀, 플로어 빔, 도어 서라운드, 구조용 벌크헤드, 리브 및 스트링거, 조종면, 페어링, 레이돔이 포함됩니다. 제조 역량으로는 프리프레그 수작업 적층과 자동 테이프 적층(ATL), 열 드레이프 성형, 오토클레이브 및 오토클레이브 외 경화(OOA) 등이 있으며, 레진 주입 및 레진 트랜스퍼 몰딩(RTM) 같은 액체 몰딩 공정, 복잡한 본딩 및 조립도 포함됩니다. 또한 자체 툴링 설계 및 제작, 주요 항공우주 및 복합소재 품질 인증 보유, 종합적인 비파괴 시험 및 검사를 통한 품질 보증도 제공합니다.
출처: "스트라타, A350-900 인보드 플랩 100 세트 납품"
항공기 양력을 증가시키도록 설계된 인보드 플랩(IBF)은 윙 후방에 장착되어 이착륙 시 윙 면적을 늘리고 비행 중 안정성을 향상시킵니다. 스트라타는 열 드레이프 성형(HDF)과 컴퓨터 제어 로봇 자동 테이프 적층(ATL) 머신을 사용해 IBF 제조 공정을 완전 자동화할 계획이라고 밝혔습니다. 이 머신들은 올해 초 초도 부품 인증(FPQ)과 FAI 설계 및 품질 검증을 획득했습니다.
공정의 일환으로, 회사는 HDF 머신이 항공기 부품용 카본 파이버 부품을 프리폼하여 고품질 복합소재 부품의 더 빠른 생산을 가능하게 하며, 적외선 복사 가열 시스템이 카본 파이버를 빠르고 균일하게 연화시켜 응력 주름 없는 정확한 부품을 제공한다고 설명합니다. 또한 스트라타의 두 ATL 머신은 단방향 프리프레그 소재를 평판에 적층한 후 몰드로 이송해 추가 가공합니다. 스트라타에 따르면 2.5m x 10m의 작업 범위로 대형 복합소재 적층물의 자동 가공이 가능해 별도 초음파 절단기가 필요 없으며 가공 시간이 단축됩니다.
출처: "미래 항공구조물 생산을 위한 압축 RTM"
"우리에게 OPTICOMS는 자동화에 관한 것이기도 했습니다."라고 슈발레는 말합니다. 테크니-모듈 엔지니어링은 OPTICOMS 프로젝트에 C-RTM 주입 시스템뿐만 아니라 픽앤플레이스 로봇과 열 드레이프 성형(HDF) 머신도 공급했으며, 이 모든 것이 완전 자동화된 생산 셀에 통합되었습니다. ... "우리는 로봇 픽앤플레이스를 사용해 플라이 수작업 적층의 고전적 방식을 자동화했습니다."라고 슈발레는 말합니다. "로봇이 자동 절단기에서 플라이를 집어 올려 가열된 프리폼 툴에 이송하며, 이는 압착 테이블 위에 있습니다[1단계 및 6단계]." 필 플라이(6단계 파란 필름), 브리더(6단계 흰색 소재), 힌지식 재사용 진공 멤브레인(2단계 및 6단계 왼쪽 연한 파란색)을 적용한 후 진공과 열로 텍스타일 적층물을 프리폼하고 압착(열 드레이프 성형, HDF)하면서 얇은 열가소성 베일을 녹여 압착된 프리폼을 만듭니다.
Step 2. 프리폼 툴이 압착 테이블 위에 있으며, 힌지식 재사용 진공 멤브레인(파란색, 왼쪽)을 사용해 적층 중 5-8플라이마다 가열 디벌킹을 완료합니다. 사진 제공 모두: 테크니-모듈 엔지니어링.
Step 3. 각 스트링거 프리폼 사이클마다 하나의 C-빔 프리폼(두 개가 I-빔 웹 구성)과 하나의 플랫 플랜지 프리폼이 생산됩니다. 각 I-빔 스트링거에 필요한 두 세트가 여기에 표시됩니다.
Step 5. Clean Sky 2 OPTICOMS 프로젝트를 위해 HDF 프리폼과 RTM으로 제작된 I-빔 스트링거.
Step 6. 로봇이 가열된 프리폼 툴 위에 절단된 플라이를 배치합니다. 5-8플라이마다 가열 디벌킹을 완료해 프리폼을 압착합니다.
디벌킹 전 블루 이형 필름을 적용합니다.
브리더를 사용해 프리폼 전체에서 공기를 추출합니다.
최종 디벌킹 후, 프리폼을 툴 위에서 냉각하고 컷아웃을 트리밍합니다.
Step 10. 리브 프리폼을 RTM과 에폭시 레진으로 몰딩합니다.
"한 번에 몇 플라이를 압착할 수 있는지는 소재와 부품 형상에 따라 다릅니다."라고 슈발레는 설명합니다. "윙스킨처럼 곡률이 낮은 부품이면 50플라이마다 압착할 수도 있습니다. 그러나 OPTICOMS 리브는 90도 각도가 있고, 테스트 I-빔 스트링거는 T-형상이 있어 프리폼 중 플라이에 주름이 생기지 않게 주의해야 합니다." 그는 이런 복잡한 형상은 5-8플라이마다 압착이 필요할 수 있지만 여전히 대량 산업화 공정의 일부가 될 수 있다고 덧붙입니다: 플라이 적층, 2분 HDF 압착, 재개방 후 재적층, 최종 프리폼 툴 위 냉각 후 RTM 몰드로 이송까지 반복되는 압착 사이클.
섬유
금속 스탬핑은 판금을 수많은 산업에서 사용하는 부품과 도구로 변환합니다. 이 공정이 서비스하는 산업만큼이나 다양한 스타일이 있어, 이 부품 성형 방법의 복잡성을 인식하고 이해하는 것이 부품 제작 서비스 선정에 있어 중요한 요소가 됩니다. 금속 스탬핑이란? 일반적으로 금속 스탬핑은 차가운 금속을 다이 사이에 놓고, 일부 공정은 가열된 소재를 사용합니다. 소재를 눌러 원하는 형상으로 성형합니다. 이러한 형상은 주로 더 큰 창작물의 도구나 구성 요소가 됩니다. 가공 업계 일부에서는 금속 스탬핑을 프레싱(pressing)이라고도 부릅니다
@Haas_Automation 발표 이 멋진 # Haas 유럽 플라이어 표지를 보세요. 캘리포니아에서 재능 있는 Haas 그래픽 아티스트들이 직접 만들었습니다. Haas is Hot