Sudah lama bergantung pada bahan serat karbon termoset untuk membuat komponen struktur komposit yang sangat kuat untuk pesawat terbang, OEM dirgantara kini menggunakan bahan serat karbon kelas lain karena kemajuan teknologi menjanjikan pembuatan otomatis komponen non-termoset baru dengan volume tinggi, biaya rendah, dan bobot lebih ringan.
Meskipun material komposit serat karbon termoplastik “telah ada sejak lama,” baru belakangan ini produsen dirgantara dapat mempertimbangkan penggunaannya secara luas dalam pembuatan suku cadang pesawat terbang, termasuk komponen struktural utama, kata Stephane Dion, wakil presiden teknik di unit Struktur Lanjutan Collins Aerospace.
Komposit serat karbon termoplastik berpotensi menawarkan beberapa keunggulan bagi OEM dirgantara dibandingkan komposit termoset, namun hingga saat ini produsen tidak dapat membuat komponen dari komposit termoplastik dengan harga tinggi dan biaya rendah, katanya.
Dalam lima tahun terakhir, OEM telah mulai mempertimbangkan lebih dari sekadar membuat komponen dari bahan termoset seiring dengan berkembangnya ilmu manufaktur komponen komposit serat karbon, pertama dengan menggunakan teknik infus resin dan cetakan transfer resin (RTM) untuk membuat komponen pesawat terbang, dan kemudian untuk menggunakan komposit termoplastik.
GKN Aerospace telah banyak berinvestasi dalam mengembangkan teknologi infus resin dan RTM untuk pembuatan komponen struktur pesawat besar dengan harga terjangkau dan harga tinggi. GKN kini membuat tiang sayap komposit satu bagian sepanjang 17 meter menggunakan manufaktur infus resin, menurut Max Brown, wakil presiden teknologi untuk inisiatif teknologi canggih Horizon 3 GKN Aerospace.
Investasi besar dalam manufaktur komposit OEM dalam beberapa tahun terakhir juga mencakup pengeluaran strategis untuk mengembangkan kemampuan yang memungkinkan manufaktur komponen termoplastik dalam jumlah besar, menurut Dion.
Perbedaan paling mencolok antara bahan termoset dan termoplastik terletak pada kenyataan bahwa bahan termoset harus disimpan di tempat penyimpanan dingin sebelum dibentuk menjadi beberapa bagian, dan setelah dibentuk, bagian termoset harus mengalami proses pengawetan selama berjam-jam dalam autoklaf. Prosesnya memerlukan banyak energi dan waktu, sehingga biaya produksi komponen termoset cenderung tetap tinggi.
Pengawetan mengubah struktur molekul komposit termoset secara permanen, sehingga memberikan kekuatan pada bagian tersebut. Namun, pada tahap perkembangan teknologi saat ini, proses pengawetan juga menyebabkan material tersebut tidak cocok untuk digunakan kembali sebagai komponen struktural utama.
Namun, menurut Dion, bahan termoplastik tidak memerlukan penyimpanan dingin atau pemanggangan saat dibuat menjadi beberapa bagian. Mereka dapat dicap menjadi bentuk akhir dari bagian yang sederhana—setiap braket untuk rangka badan pesawat di Airbus A350 adalah bagian komposit termoplastik—atau menjadi tahap peralihan dari komponen yang lebih kompleks.
Bahan termoplastik dapat dilas bersama-sama dengan berbagai cara, memungkinkan bagian-bagian yang rumit dan berbentuk tinggi dibuat dari sub-struktur sederhana. Saat ini pengelasan induksi terutama digunakan, yang hanya memungkinkan pembuatan bagian datar dengan ketebalan konstan dari sub-bagian, menurut Dion. Namun, Collins sedang mengembangkan teknik pengelasan getaran dan gesekan untuk menyambung bagian termoplastik, yang setelah disertifikasi diharapkan pada akhirnya akan memungkinkannya menghasilkan “struktur kompleks yang benar-benar canggih,” katanya.
Kemampuan untuk menyatukan material termoplastik untuk membuat struktur yang kompleks memungkinkan produsen untuk menghilangkan sekrup logam, pengencang, dan engsel yang diperlukan oleh bagian termoset untuk menyambung dan melipat, sehingga menciptakan manfaat pengurangan berat sekitar 10 persen, perkiraan Brown.
Namun, komposit termoplastik berikatan lebih baik dengan logam dibandingkan komposit termoset, menurut Brown. Meskipun penelitian dan pengembangan industri bertujuan untuk mengembangkan aplikasi praktis properti termoplastik tersebut masih “pada tingkat kesiapan teknologi yang matang,” hal ini pada akhirnya memungkinkan para insinyur dirgantara merancang komponen yang mengandung struktur hibrida termoplastik dan logam yang terintegrasi.
Salah satu potensi penerapannya, misalnya, adalah kursi penumpang pesawat yang ringan dan utuh yang berisi semua sirkuit berbasis logam yang diperlukan sebagai antarmuka yang digunakan oleh penumpang untuk memilih dan mengontrol pilihan hiburan dalam pesawat, pencahayaan kursi, kipas angin di atas kepala. , sandaran kursi yang dikontrol secara elektronik, opacity peneduh jendela, dan fungsi lainnya.
Tidak seperti bahan termoset, yang memerlukan proses pengawetan untuk menghasilkan kekakuan, kekuatan, dan bentuk yang diperlukan dari bagian-bagian pembuatannya, struktur molekul bahan komposit termoplastik tidak berubah ketika dibuat menjadi bagian-bagian, menurut Dion.
Hasilnya, material termoplastik jauh lebih tahan terhadap benturan dibandingkan material termoset dan juga menawarkan ketangguhan dan kekuatan struktural yang serupa, bahkan lebih kuat. “Jadi Anda dapat mendesain [suku cadang] dengan ukuran yang jauh lebih tipis,” kata Dion, yang berarti suku cadang termoplastik memiliki bobot lebih ringan dibandingkan suku cadang termoset mana pun yang digantikannya, meskipun terdapat pengurangan bobot tambahan karena suku cadang termoplastik tidak memerlukan sekrup atau pengencang logam. .
Mendaur ulang komponen termoplastik juga terbukti merupakan proses yang lebih sederhana dibandingkan mendaur ulang komponen termoset. Pada kondisi teknologi saat ini (dan untuk beberapa waktu ke depan), perubahan struktur molekul yang tidak dapat diubah yang dihasilkan dari pengawetan bahan termoset mencegah penggunaan bahan daur ulang untuk membuat komponen baru dengan kekuatan yang setara.
Daur ulang bagian termoset melibatkan penggilingan serat karbon dalam bahan menjadi potongan-potongan kecil dan pembakaran campuran serat dan resin sebelum diproses ulang. Bahan yang diperoleh untuk pemrosesan ulang secara struktural lebih lemah dibandingkan bahan termoset yang menjadi bahan daur ulang, sehingga mendaur ulang bagian termoset menjadi yang baru biasanya mengubah “struktur sekunder menjadi struktur tersier,” kata Brown.
Di sisi lain, karena struktur molekul bagian termoplastik tidak berubah dalam proses pembuatan dan penyatuan bagian, mereka dapat dengan mudah dilebur menjadi bentuk cair dan diolah kembali menjadi bagian yang sekuat aslinya, menurut Dion.
Perancang pesawat dapat memilih dari beragam pilihan bahan termoplastik berbeda yang tersedia untuk dipilih dalam perancangan dan pembuatan suku cadang. “Berbagai jenis resin” tersedia di mana filamen serat karbon satu dimensi atau tenunan dua dimensi dapat ditanamkan, sehingga menghasilkan sifat material yang berbeda, kata Dion. “Resin yang paling menarik adalah resin dengan titik leleh rendah,” yang meleleh pada suhu yang relatif rendah sehingga dapat dibentuk dan dibentuk pada suhu yang lebih rendah.
Kelas termoplastik yang berbeda juga menawarkan sifat kekakuan yang berbeda (tinggi, sedang, dan rendah) dan kualitas keseluruhan, menurut Dion. Resin berkualitas tertinggi memiliki biaya paling besar, dan keterjangkauan mewakili kelemahan termoplastik dibandingkan dengan bahan termoset. Biasanya, harganya lebih mahal daripada termoset, dan produsen pesawat terbang harus mempertimbangkan fakta tersebut dalam perhitungan desain biaya/manfaatnya, kata Brown.
Karena alasan tersebut, GKN Aerospace dan lainnya akan terus fokus pada bahan termoset ketika memproduksi komponen struktural besar untuk pesawat terbang. Mereka sudah banyak menggunakan bahan termoplastik dalam pembuatan bagian struktural yang lebih kecil seperti empennage, kemudi, dan spoiler. Namun, dalam waktu dekat, ketika produksi suku cadang termoplastik ringan bervolume tinggi dan berbiaya rendah menjadi rutin, produsen akan menggunakannya secara lebih luas—khususnya di pasar eVTOL UAM yang sedang berkembang, Dion menyimpulkan.
berasal dari ainonline
Waktu posting: 08 Agustus 2022