EURECAT Centro Tecnológico de Catalunya(EURECAT 기술 센터 카탈루냐, 스페인 바르셀로나)는 11개 시설, 650명 직원, 연매출 5천만 유로의 민간 비영리 R&D 기관입니다. "스페인에서 두 번째로 큰 R&D 센터입니다."라고 EURECAT의 항공우주 및 우주 시장 프로그램 디렉터인 Angel Lagraña Hernandez는 설명합니다. 그는 EURECAT 수익의 일부가 카탈루냐 정부에서 나오고, 나머지의 절반은 주로 중소기업(SMEs)에서, 나머지 절반은 유럽연합 지원 Clean Sky 2 프로그램 같은 공공 자금에서 나와야 한다고 설명합니다. "현재 18개의 Clean Sky 프로젝트를 수행 중입니다."라고 Lagraña는 말합니다. "제안 공모에 대한 경쟁적 제출을 기반으로 수주한 것들입니다."
"EURECAT은 자동차, 철도 및 기타 산업뿐만 아니라 항공우주 분야에서도 횡단적으로 일합니다."라고 Lagraña는 말합니다. "데이터 분석과 블록체인 등 IT 분야에서도 많은 활동을 합니다. Composites 4.0은 전략적 영역 중 하나입니다." 복합소재 분야에서 그는 EURECAT이 주로 오토클레이브 외(OOA) 기술에 집중한다고 언급합니다. "열가소성과 액체 압축 성형에 초점을 맞추고, 공정 중 실시간 모니터링을 포함하여 가공 중 수지의 유리 전이 온도(Tg) 모니터링도 수행합니다." (이 블로그 끝부분의 COFRARE 섹션을 계속 읽어 Tg 모니터링에 대해 더 알아보세요.)
EURECAT의 Clean Sky 2 관련 최신 복합소재 프로젝트에는 다음이 포함됩니다:
Clean Sky 2 - JTI-CS2-2017-CFP06-LPA-02-20. 프로젝트 기간: 2018년 3월~2019년 12월
KEELBEMAN 프로젝트의 목적은 A320 유형 항공기용 제조 지향적 킬 빔 구조를 개발하여 열가소성 복합소재로 높은 항공기 생산 속도를 합리적 비용으로 가능하게 하는 것입니다. EURECAT이 프로젝트 코디네이터로 참여하는 것 외에 파트너에는:
CT Engineering Group이 툴루즈 사무소에서 킬 빔 형상의 전체 모델링을 제공했고, Sofitec이 비파괴 검사(NDT) 검사를 개발했습니다. "이런 밀폐된 박스 구조물에서는 매우 도전적입니다."라고 Lagraña는 지적합니다.
"오늘날 대부분의 항공기 킬 빔은 금속으로 제작되며, Airbus A350만 모놀리식 탄소섬유 복합소재입니다."라고 Lagraña는 말합니다. "이는 수많은 리벳과 상당한 조립 시간을 필요로 합니다." 그는 킬 빔이 동체의 중요한 구조물이라고 설명합니다. "착륙 중 킬 빔이 파손되어 동체 전체가 갈라지고 부서진 사례가 있었습니다."
2011년 Steve Wilhelm 기사에 따르면 A350 킬 빔은 70% 복합소재, 길이 54피트(16.5미터), 10,000개 패스너로 조립, 중량 1.2톤, 항공기의 백본을 형성합니다. Wilhelm은 경쟁 기종인 Boeing 787이 "복합소재 배럴이 끝에서 끝으로 체결되어 선체 강도의 더 많은 부분을 차지하기 때문에 그렇게 견고한 킬 구조에 의존하지 않는다"고 언급합니다. 기사는 G2 Solutions LLC 항공우주 컨설팅(미국 워싱턴주 커클랜드)의 매니징 파트너 Michel Merluzeau의 말을 인용합니다. 그는 Airbus 설계를 "더 전통적이고" "덜 위험하다"고 설명하지만 킬 빔이 "해당 항공기의 구조적 무결성에 필수적"임을 지적합니다.
Airbus는 실제로 2001년 A340용 복합소재 킬 빔을 개척했습니다. 하지만 위에서 설명한 대로 많은 리벳이 필요하여 복합소재 사용으로 가능한 중량 절감 효과를 상쇄합니다. 따라서 KEELBEMAN 프로젝트의 핵심 목표는 열가소성 복합소재 부품을 용접하여 조립함으로써 패스너를 최소화하는 것입니다.
"용접 조립을 사용하는 열가소성 복합소재 킬 빔 개발은 Wing of Tomorrow와 Fuselage of Tomorrow 같은 프로그램을 포함하는 Airbus의 '내일의 항공기' 개발의 일부입니다."라고 Lagraña는 말합니다. "KEELBEMAN 내에서 스트링거가 있는 250mm x 500mm x 1미터 길이의 킬 빔 데몬스트레이터 섹션을 제작하고 가능한 한 자동화하여 이 구조물을 용접하는 실행 가능성을 입증했습니다."
Lagraña에 따르면 데몬스트레이터 벽판과 스트링거는 CETMA가 개발한 연속 압축 성형(CCM) 공정을 사용하여 탄소섬유/폴리에테르케톤케톤(PEKK) 단방향(UD) 테이프로 제작되었습니다(참조: "항공우주급 압축 성형" 및 "PEEK vs. PEKK vs. PAEK 및 연속 압축 성형"). "횡방향 보강재인 리브도 있었는데, EURECAT이 전통적인 비등온 압축 성형으로 제작했습니다."라고 Lagraña는 덧붙입니다.
Lagraña는 CETMA가 KEELBEMAN의 부품 생산뿐만 아니라 특허받은 유도 용접 장비와 기술로 데몬스트레이터 조립에서도 핵심 역할을 했다고 언급합니다. 이 용접은 첫 번째 Clean Sky 프로그램의 ECO FAIRS 프로젝트(2011-2014)에서 처음 개발되었으며, 위에 표시된 TPC 구조물의 등온 및 비등온 압축 성형과 함께 개발되었습니다. ECO FAIRS에서 CETMA는 이 모든 기술을 사용하여 Agusta Westland 헬리콥터 꼬리의 기존 상부 패널(스트링거 보강 스킨 패널)과 곡선 스폰슨 페어링 데몬스트레이터 기반 프로토타입 데몬스트레이터를 제작했습니다. 이들은 CETEX(TenCate 제공, 현재 Toray Advanced Composites) T300 3K 5HS 탄소섬유 직물에 양면 PPS(폴리페닐렌 설파이드) 필름을 사용했지만, CETMA는 PEEK와 PEI 복합소재로도 유도 용접을 입증했습니다.
CETMA는 시뮬레이션 도구를 사용하여 유도 용접 공정을 최적화하는 능력도 개발했습니다. COMSOL Multiphysics(미국 매사추세츠 벌링턴) 유한 요소 모델링(FEM) 소프트웨어로 수치 해석을 수행했습니다. 수많은 물리적 테스트를 통해 이 모델들을 검증했습니다. CETMA는 용접 쿠폰의 단일 랩 테스트로 최적화된 공정 파라미터를 확인했는데, 전단 강도 값이 문헌 보고 최대치에 매우 근접했습니다. 특히 구조용 접착제 사용 시 최대값보다 훨씬 높았다고 CETMA는 밝혔습니다.
CETMA는 직물 및 UD 탄소섬유, PEEK, PEI, PEKK, PP, PA6, PA12 등 다양한 소재에 대한 용접 능력을 입증했으며, 열경화성 CF/에폭시에 열가소성 PVB(폴리비닐 부티랄) 하이브리드 레이어를 사용하여 열경화성 기판에서 열가소성 면으로 전환 용접도 가능합니다. (이 섹션의 많은 세부사항은 CETMA 역량 프레젠테이션과 ECO FAIRS의 CORDIS 최종 보고서에서 가져왔습니다.) CETMA는 2014년 유럽 특허를 출원했고 발명가 Silvio Pappada와 Andrea Salomi가 2016년 특허 EP2801472A1을 받았습니다. CETMA는 이 기술에 대한 수많은 논문과 프레젠테이션을 발표했습니다:
Airbus가 12월 CETMA를 방문하여 1미터 데몬스트레이터 섹션의 최종 용접을 확인했고, KEELBEMAN 팀도 기술 성숙도 수준(TRL) 최종 검토를 진행했습니다. "좋은 결과를 얻고 있으며 기술을 TRL 3에서 TRL 4로 성숙시키고 있습니다."라고 Lagraña는 말합니다. 다음 단계는 TRL 6까지 추가 개발과 Clean Sky 2 데몬스트레이터 중 하나(예: WP 2.3.2 실물 크기 하부 중앙 동체)에 설치될 풀스케일 킬 빔 생산이 포함될 수 있으나 아직 결정되지 않았습니다.
EURECAT의 또 다른 열가소성 복합소재(TPC) 프로그램은 WINFRAME 4.0으로, 지역 항공기 동체/객실 통합 지상 데몬스트레이터용 24개 창문 프레임 개발 및 제조가 목표입니다(Clean Sky 2의 지역 항공기 개발 및 풀스케일 혁신 동체 및 승객 객실 데몬스트레이터에 대한 아래 설명 참조). WINFRAME 4.0 파트너에는:
"우리가 사용하는 방식은 10분마다 하나의 창문 프레임을 생산할 수 있습니다."라고 Lagraña는 말합니다. 생산 단계: TPC 라미네이트 블랭크를 오븐에서 가열, 금형으로 이송, 프레스에서 금형 닫기, 10-20분 열과 압력 가하기, 완제품 탈형. "이 접근법은 액체 성형보다 짧은 사이클을 달성할 뿐만 아니라 툴링 비용도 훨씬 저렴합니다."라고 그는 덧붙입니다. "이 공정은 자동차 산업에서 잘 알려져 있으며, 부품 품질을 높이는 고도로 자동화된 구성의 압축 성형입니다. 다만 항공우주 소재가 다른데, 이 경우 Toray Advanced Composites(구 TenCate)의 탄소섬유강화 PPS와 탄소섬유를 사용합니다. 이 프로젝트가 끝나면 이 기술들에 대해 TRL 6을 달성하게 될 것입니다."라고 Lagraña는 말합니다.
COFRARE 2020 프로젝트는 초기 COFRARE 2.0 프로젝트의 연장입니다:
Clean Sky 2 - JTI-CS2-2015-CFP02-AIR-02-16. "고생산율과 저비용으로 복합 프레임 제조를 위한 공정 개발" 프로젝트 기간: 2016~2018년.
Clean Sky 2 COFRARE 2.0 프로젝트의 목표는 지역 항공기용 복합 패널 기반 동체에 사용할 탄소섬유 복합 프레임의 경쟁력 있고 실행 가능한 제조 공정을 개발하는 것이었습니다. 파트너에는:
차세대 COFRARE 2020 프로젝트의 목표는 Clean Sky 2 동체/객실 통합 지상 데몬스트레이터에 사용될 풀스케일 복합 프레임과 전단 타이를 제조하는 것입니다. 이 데몬스트레이터는 Clean Sky 2의 Regional Aircraft IADP(혁신적 항공기 데몬스트레이터 플랫폼) 내에서 구성되며 2015년 3월 공동 기술 프로그램 문서 섹션 5.2.2에 자세히 설명되어 있습니다:
"지역 항공기는 Clean Sky 의 핵심 요소로, 전용 ITD(통합 기술 데몬스트레이터) - Green Regional Aircraft (GRA)를 통해 환경 존중, 안전하고 원활한 이동성 보장, 유럽 산업 리더십 구축을 위한 필수 빌딩 블록을 제공합니다. Clean Sky 2에서, … Regional Aircraft IADP의 데몬스트레이션 목표는 현재 Clean Sky GRA 프로젝트보다 훨씬 더 복잡하고 포괄적이며 도전적입니다, 예산과 시간 제약 내에서 작업해야 했기 때문입니다. …"
2015년 공동 기술 프로그램은 지역 항공기 개발에 두 개의 비행 테스트베드와 다섯 개의 대형 통합 지상 데몬스트레이터를 포함한다고 명시합니다. 후자에는 풀스케일 혁신 동체 및 승객 객실 데몬스트레이터가 포함됩니다: "동체는 복합 소재, 구조 및 제조 기술을 위한 풀스케일 데몬스트레이션으로 [달성]을 목표로 합니다. 에코 설계와 수명 주기 전반의 에너지 소비 최적화를 통해 환경 영향을 최소화(무영향 지향)하면서 중량과 비용 절감."
COFRARE 2020 프로젝트 파트너에는:
"COFRARE 2020에서 우리는 RTM(수지 전이 성형)으로 동체 프레임을 제작하여 동체 데몬스트레이터에 통합할 것입니다."라고 Lagraña는 설명합니다. "Shikibo(일본 오사카)의 Ziplus 기술을 사용하는데, 이는 수지 주입에 적합한 프리폼을 생산합니다." Shikibo Ltd.는 Composite Alliance Corp.(미국 텍사스 댈러스)의 일부로 다양한 텍스타일 프리포밍 기술을 제공합니다.
이 프로그램의 흥미로운 측면 중 하나는 Synthesites(벨기에 우클레)의 센서를 사용하여 수지 도착, 온도, 압력, Tg, 경화를 실시간 모니터링하는 것입니다. "센서는 복합 부품과 RTM 툴의 특정 영역에 배치되어 수지 주입 전략을 최적화합니다."라고 Lagraña는 말합니다. 주입은 ISOJET(프랑스 코르바)가 공급하는 고도로 자동화된 시스템으로 달성되며, 이 역시 Composite Alliance Corp.의 일부입니다. Synthesites 센서는 유전체 센서이지만, 대부분의 유전체 분석(DEA)이 교류(AC) 기반인 것과 달리 Synthesites는 직류(DC)를 사용합니다. "우리 센서는 수지 같은 고저항 소재에서 잘 작동하고 단일 전압을 적용하므로 다중 주파수를 분석할 필요 없이 경화 말기에도 높은 정확도를 달성합니다."라고 Synthesites 디렉터 Dr. Nikos Pantelelis가 설명합니다.
"2011년 SAMPE 컨퍼런스에서 Synthesites를 만났습니다."라고 Lagraña는 회상합니다. "그들이 경화 사이클 단축 센서에 대해 발표했습니다. 우리는 동체 프레임용 프리폼 자동화와 HP-RTM(고압 RTM)을 사용한 더 빠른 가공도 탐구 중이지만 여전히 3-4시간 공정 시간이 걸립니다. 그러나 Synthesites로 Tg를 모니터링하여 경화 사이클을 50% 단축했습니다. 현재 물성 테스트 중입니다. 이 센서는 고압에서도 작동하지만 우리 RTM 가공에서는 8바 압력만 사용합니다."
COFRARE 2020의 또 다른 핵심 부분은 RTM 동체 C-프레임을 복합 동체 패널에 조인하는 데 필요한 수백 개의 전단 타이와 브라켓을 대량 생산하는 방법입니다. "압축 성형으로 생산되는 255가지 기하학의 열가소성 복합 브라켓을 개발 중입니다."라고 Lagraña는 말합니다. (참고: GKN Fokker는 Large Passenger Aircraft IADP의 다기능 동체 데몬스트레이터용 TPC 브라켓을 생산하는 여러 Clean Sky 2 프로젝트를 수행 중입니다. COFRARE 2020의 이 작업은 더 작은 지역 항공기용입니다.) 기본 방법은 아래와 같이 매칭 강철 툴과 가열 프레스를 사용합니다. "이런 압축 성형 툴 비용은 2,000유로에 불과하여 RTM 툴링 대비 매우 저렴합니다."라고 그는 덧붙입니다. "스탬핑으로 매우 짧은 사이클 타임도 달성됩니다."
Clean Sky 2 STUNNING과 MECATESTERS 프로젝트에 대한 제 다음 블로그를 기대해 주세요. 다기능 동체 데몬스트레이터용 용접 TPC 브라켓 개발과 이 프로젝트를 위한 PAEK의 전체 특성화를 다룰 예정입니다. Synthesites와 CETMA의 복합소재 개발에 대해서도 더 자세히 블로그로 다룰 것입니다. 2020년은 복합소재에 매우 흥미로운 해가 될 것입니다!
수지
재활용성은 열가소성 복합재(TPC) 사용의 오래된 약속된 혜택이었지만, 아직 대규모 상업적 활용은 이루어지지 않았습니다. 소재 공급업체 텐케이트 어드밴스드 컴포지츠와 열가소성 복합재 연구센터(TPRC)는 1차 제조사 GKN 포커와 협력하여 2016년 그러한 공정을 시연했습니다. 팀은 GKN 포커의 걸프스트림 G650 엘리베이터와 러더 생산에서 발생한 스크랩 텐케이트 세텍스 TC1100 직조 탄소섬유/폴리페닐렌 설파이드(CF/PPS) 소재를 사용하여 액세스 도어 패널을 개발했습니다. 생산 폐기물은 다진 후 TPRC가 설계한 공정과 금
성장 7년 차에 접어든 해양 산업이 보트 생산과 신모델에서 급증하고 있습니다. 이는 10월 2~4일 미국 플로리다주 탬파에서 열린 제28회 국제 보트빌더 전시회 및 컨퍼런스(IBEX)에서 확인할 수 있었는데, 참석자 수가 23% 증가해 4,300명에 달했고 전시업체도 14% 증가해 총 700개사가 참여했습니다. 호주, 프랑스, 이탈리아, 한국 4개 국제 파빌리온이 커지는 글로벌 입지의 일부로, 올해 55개국이 참가했습니다. IBEX의 핵심인 교육 컨퍼런스도 올해 성장했으며, 세미나 판매가 27% 증가했습니다. 제게 주목할 만한 주제
