첨단 복합 재료가 기존 재료를 대체하는 3가지 이유

수많은 과학 및 공학 기반의 발전으로 인해 복합 재료의 특성이 종종 보다 전통적인 선택보다 우수하다는 결론이 도출되었습니다. 다음은 그들을 매우 유망하게 만드는 몇 가지 장점입니다.

1. 지속 가능성 개선

전 세계의 초점은 기후 변화 및 과도한 폐기물 생산과 같은 긴급한 문제에 있습니다. 사람들은 더 자주 폐기될 가능성이 있는 재료를 대체하기 위해 지속 가능한 재료를 개발하는 데 점점 더 관심을 갖고 있습니다. 많은 친환경 복합 재료가 필요를 채울 수 있습니다.

사용 가능한 수명 연장을 위한 수리 가능한 탄소 섬유 부품

탄소 섬유 복합 재료는 비행기 부품에서 골프 클럽에 이르기까지 모든 것에 사용되는 기존 금속을 대체하는 인기 있는 대안입니다. 그러나 대부분은 한 번 파손되면 수리하거나 재활용하는 것이 사실상 불가능합니다.

워싱턴 대학 연구원들의 새로운 발전은 이러한 단점을 극복할 수 있습니다. 팀은 기존의 탄소 섬유 복합 재료처럼 가볍고 강하지만 균열이 생기면 수리하기 쉬운 새로운 재료를 만들었습니다. 사람들은 전통적으로 또는 무선 주파수 기반 가열로 손상을 반복적으로 고칠 수 있습니다.

이 재료는 vCFRP(탄소 섬유 강화 유리체)라는 비교적 새로운 범주에 속합니다. 다른 유형의 탄소 섬유 복합 재료는 두 가지 기본 그룹으로 나뉩니다. 첫 번째 유형은 영구적인 경도를 제공하는 에폭시를 포함합니다. 두 번째 범주에 속하는 제품은 강도와 ​​강성이 감소하는 대신 재작업을 위해 재료를 분해할 수 있는 더 부드러운 접착제가 특징입니다. 그러나 vCFRP는 이러한 타협 없이 연결, 연결 해제 및 재연결을 허용합니다.

자동차 내부 배기가스 배출을 위한 탄소 섬유 구성요소

탄소 섬유 복합 재료의 발전으로 지속 가능성이 강화된 또 다른 사례에서 스위스 회사는 일반적으로 모터스포츠에 사용되는 차량의 9가지 내부 구성 요소를 천연 섬유로 만든 더 지속 가능한 복합 재료로 교체했습니다. 이로 인해 물질 배출량이 94% 감소하고 크래들-투-게이트 배출량이 90% 감소했습니다.

복합 재료의 또 다른 장점은 내열성을 위해 처리된 재생 목재와 같은 원래 특성을 능가할 수 있다는 것입니다. 이는 사람들이 복합 재료가 자신이 잘 알고 있다고 생각했던 일반적인 재료의 특성을 어떻게 변화시킬 수 있는지에 대해 더 많이 알게 되면 놀랄 수 있음을 의미합니다.

이것들은 이러한 미래형 복합 재료가 지속 가능성을 개선하기 위한 전 세계적인 노력에 어떻게 기여할 수 있는지에 대한 많은 예 중 일부입니다. 비즈니스 리더는 이를 판매 포인트로 사용하여 회사 운영 전반에 걸쳐 환경적 지속 가능성이 실행된다는 것을 보여줄 수도 있습니다. 예를 들어, 이를 사용하는 풍력 터빈 제조업체는 항목을 조기에 매립지로 보내는 것보다 장기간의 복원력을 우선시합니다.

2. 필수 프로세스 개선

복합 재료로 작업하는 사람들은 종종 복합 재료가 사용자가 프로세스를 개선하는 데 도움이 될 수 있는 방법을 조사합니다. 예를 들어 합성 나사는 일반적으로 전통적인 목재 버전보다 밀도가 높기 때문에 데크 조립에 일반적으로 선택됩니다. 그들은 또한 더 가는 나사산과 비교적 작은 헤드를 가지고 있어 데크에 쉽게 몰 수 있습니다.

나사를 개선하면 인건비를 절감하고 좋은 결과를 얻을 수 있는 기회를 높일 수 있으며 이는 하나의 예일 뿐입니다. 기존 프로세스를 강화하는 방법은 제품 설계에서 품질 검사에 이르기까지 거의 모든 단계에서 분명해질 수 있습니다.

복합 팬 블레이드 생산을 지원하는 로봇

복합 재료와 관련된 진행 중인 작업의 대부분은 개발 노력에 로봇 공학 및 기계 학습을 적용하는 것과 같은 미래 지향적인 접근 방식과 관련이 있습니다.

예를 들어, Rolls-Royce에는 새로운 복합 재료 개발을 위한 새로운 전용 시설이 있습니다. 로봇을 사용하여 제트 엔진에 사용되는 합성 팬 블레이드를 만드는 데 도움이 되는 접근 방식 중 하나입니다.

탄소 섬유 복합 재료가 팬 케이스 몰드에 적층됨

각 구성 요소에는 약 500개의 탄소 섬유 재료 층이 있으며 각 레이어는 공장 작업자의 감독하에 완전히 자동화된 프로세스에 적용됩니다. 로봇은 조립 라인 스테이션 사이에서 부품을 들어 올리고 이동하여 원활하고 효율적인 작업을 보장합니다.

기계 학습으로 복합 테스트 개선

연구원들은 또한 기계 학습을 사용하여 일반적으로 복합 재료에 결함이 있는지 테스트하는 데 적용되는 방법을 발전시키기를 희망합니다. 가장 인기 있는 전통적인 방법은 X선 및 초음파 기반 검사입니다. 그러나 두 가지 모두 단점이 있어 연구자들이 한계를 해결하도록 자극합니다.

Russell Varley는 호주의 제조 연구 시설인 Carbon Nexus의 복합 재료 교수입니다. 그는 "복합재 제품의 비파괴 검사를 위한 차세대 분석 방법을 이해하고 개발하는 것은 업계를 변화시킬 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다."라고 말했습니다.

조직은 머신 러닝이 잘 알려진 일부 복합 테스트 문제를 대상으로 할 수 있는지 확인하기 위해 이 프로젝트에 대한 연구 보조금을 수여했습니다. 예를 들어, X선 기반 방법을 사용하는 것은 자본 및 운영 투자에서 비용 집약적입니다.

이러한 사례 연구는 사람들이 전통적인 재료와 관련된 프로세스를 개선하려는 시도를 중단했음을 의미하지 않습니다. 그러나 전 세계 재료 전문가들의 지속적인 복합 재료에 대한 높은 관심으로 인해 많은 연구가 최소 두 가지 구성 재료로 만든 더 새로운 옵션에 초점을 맞춥니다.

하이테크 복합 재료는 색상을 변경하여 결함을 표시합니다.

이 섹션의 이전 두 가지 예는 복합 재료가 인더스트리 4.0을 수용하려는 노력과 어떻게 일치하는지 강조합니다. 그러나 재료 자체가 공장 공정을 가속화하는 흥미로운 작업도 있습니다.

연구원들은 변형에 따라 색상이 변하는 복합 라미네이트를 개발했습니다. 그들은 이것이 초기 단계에서 문제를 감지하고 사람들에게 가능한 물질적 오류를 경고할 수 있다고 믿습니다. 사람들은 지금까지 실험실에서 재료만을 사용해 왔습니다. 그러나 개발자가 바라는 대로 잘 작동한다면 혁신을 통해 다양한 방식으로 프로세스를 개선할 수 있습니다.

예를 들어 내부 약점이 있는 복합 부품을 작업자가 제조하는 것을 방지하고 향후 리콜을 최소화할 수 있습니다. 팀은 또한 레이어로 구성된 새로운 재료가 파손되지 않고 가볍다고 보고했습니다. 이것들은 복합 재료의 가장 바람직한 특성 중 하나이기 때문에 본 발명은 광범위한 응용과 매력을 가질 수 있습니다.

3. 자료 기반 개선 강화

복합 재료의 또 다른 장점 중 하나는 엔지니어와 과학자가 기존 선택으로 해결되지 않는 요구 사항을 충족하는 새로운 옵션을 개발할 수 있다는 것입니다. 사람들은 항상 제품을 개선할 수 있는 실행 가능한 방법을 찾고 있습니다. 합성물은 종종 앞으로 나아갈 길을 보여줍니다.

부직포로 만든 새로운 복합 재료

부직포는 뜨개질이나 직조가 필요하지 않은 결합 섬유에서 파생된 직물입니다. 연구원들은 최근 이 범주에 속하는 새로운 복합 재료를 만들었습니다. 그들은 그들의 혁신이 붕대와 마스크와 같은 의료 제품에 이상적일 수 있다고 믿습니다.

한 번에 몇 시간 이상 사람의 피부와 접촉할 수 있는 재료를 만들려면 복합 재료의 원하는 특성에 대해 신중하게 생각해야 합니다. 이 경우 팀은 통기성과 흡수성을 원했습니다. 그들은 또한 편안함을 위해 면을 포함하기를 원했습니다.

테스트 결과 새 천이 기존 옵션보다 흡수력이 더 높은 것으로 나타났습니다. 또한 신축성 회복 테스트에서도 우수한 성능을 보여 반복적인 사용에도 견딜 수 있음을 시사했습니다. 팀은 다른 옵션이 통기성과 신축성이 우수하지만 면을 추가하는 선택이 또 다른 눈에 띄는 이점을 제공해야 한다는 점을 인정했습니다.

첨단 기술 소재로 금이 간 전화 화면의 번거로움을 줄일 수 있음

화면은 오늘날 스마트폰의 필수 부품이기 때문에 많은 사람들이 화면을 보호하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. 예를 들어 제조업체가 초강력 유리를 설치할 때에도 많은 스마트폰 소유자는 화면 보호기를 추가하거나 장치를 특수 케이스에 삽입하여 안심할 수 있습니다. 그러나 합성 유리와 관련된 혁신은 이러한 추가 단계의 필요성을 줄일 수 있습니다.

국제 연구팀의 프로젝트 결과 화면 파손을 최소화하고 더 밝은 디스플레이를 제공할 수 있는 유리 합성물이 탄생했습니다. 이 물질은 에너지를 포착하고 저장하기 때문에 소형 태양 전지판처럼 작동하는 할로겐화납 페로브스카이트를 기반으로 합니다. 기본 접근 방식은 나노결정을 다공성 유리로 감싸는 것입니다.

그 방법은 장치 화면에 사용되는 현재의 나노결정 기술을 개선해야 합니다. 이 프로젝트에 참여하는 그룹은 그들의 기술이 확장 가능하다고 믿지만 아직 해야 할 일이 많다고 경고했습니다. 원하는 속성을 가진 재료를 만드는 가장 좋은 방법을 찾아야 합니다.

하이테크 재료는 많은 약속을 보여줍니다.

이는 사람들이 미래에 대해 기대하게 만드는 복합 재료의 많은 장점 중 일부일 뿐입니다. 전통적인 재료는 여전히 많은 경우에 사용되지만 이러한 예는 특정 결과를 생성하기 위해 복합 재료로 작업할 때의 이점을 보여줍니다.