AEROTEC, 경량 항공기 구조물 위한 첨단 하이브리드 CFRP-AM 설계 공개

오늘날 항공기 구조물은 다양한 소재로 구성됩니다. 예를 들어 Airbus A350XWB의 동체와 날개 구조물은 주로 복합소재로 제작되며 일부 금속 부품이 사용됩니다. 여기서 부품들은 전통적인 하이브리드 설계에 따라 볼트와 리벳으로 조립됩니다. 이 설계는 높은 조립 시간, 노력, 비용을 초래합니다. 또한 전통적인 하이브리드 설계의 수많은 패스너는 불필요한 무게를 추가할 뿐만 아니라 하중 전달 지점에서 응력 집중을 유발합니다.

TOAST 프로젝트에서 Premium AEROTEC(독일 아우크스부르크), A350 동체 구조물의 티어 1 공급업체는 복합소재와 금속을 접합하는 완전히 새로운 방법들을 제시했습니다. 이를 통해 볼트와 리벳을 사용한 전통적인 하이브리드 설계의 단점들을 제거할 수 있습니다. Premium AEROTEC은 5개월 미만의 기간에 항공기 에어브레이크형 구조물의 데몬스트레이터를 개발 및 제조했는데, 현대적인 하이브리드 설계를 사용했습니다. 이는 적층 제조(AM)로 제작된 티타늄 하중 전달 피팅과 탄소섬유강화 폴리머(CFRP) 열가소성 복합소재 플레이트로 구성되며, 열가소성 복합소재 오버몰딩으로 접합되었습니다.

이 데몬스트레이터의 혁신은 볼트나 패스너 없이 서로 다른 소재를 접합한 점입니다. 이는 적층 제조와 열가소성 오버몰딩 사용으로만 가능했습니다. 티타늄 피팅은 하부에 핀을, 자이로이드 구조로 설계된 리브를 가졌으며, 둘 다 AM으로 쉽게 제작 가능합니다. AM 티타늄 부품과 열가소성 복합소재 플레이트를 열성형 금형에 배치한 후, 두 부품을 열성형 공정으로 압착하고 즉시 사출 성형 단계를 진행했습니다. 이 단계에서 V자형 열가소성 복합소재 리브가 오버몰딩되어 티타늄 피팅의 스펀지 같은 자이로이드 리브 속으로 압착되었습니다.

이 하이브리드 데몬스트레이터의 조인트는 소재 접합(CFRP-CFRP) 또는 형상 맞물림(티타늄 AM-CFRP)으로 구현되었습니다. 병렬로 조인트의 기계적 물성 결정을 위한 구조 테스트가 수행되었습니다. 이 테스트들은 리벳과 볼트와 유사한 하중 전달 능력을 보였습니다.

기계적 패스너를 사용하는 전통적 설계 대비 이 현대적 하이브리드 설계의 장점은 패스너 없이 빠른 제조 및 조립, 더 적은 부품 필요, 조립 공정 단계가 더 짧고 자동화됨입니다. 또한 AM과 사출 성형을 활용한 설계 자유도의 효율성으로 중량 절감을 이룹니다. 이 기술은 하중을 점과 면 사이에서 전달해야 하는 모든 곳에 적용 가능합니다.

Premium AEROTEC은 티타늄 합금으로 만든 3D 프린트 부품을 양산 항공기 생산에 공급하는 세계 최초의 부품 제조업체입니다. Premium AEROTEC은 항공 산업의 글로벌 플레이어로 2018년 20억 유로 매출을 달성했습니다. 핵심 사업은 금속 및 탄소섬유 복합소재 항공기 구조물의 설계 및 제작입니다. 독일 아우크스부르크, 브레멘, 함부르크, 노르덴함, 파렐과 루마니아 브라쇼브에 거점을 두고 있으며 전 세계 약 10,000명을 고용하고 있습니다.