คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับ eVTOL: วัสดุ การใช้งาน และแนวโน้มการผลิต

เครื่องบินขึ้นและลงจอดในแนวดิ่งด้วยไฟฟ้า หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อเครื่องบิน eVTOL กำลังกลายเป็นส่วนสำคัญของการเคลื่อนที่ทางอากาศขั้นสูง ออกแบบมาสำหรับการขนส่งผู้โดยสาร การเชื่อมต่อกับสนามบิน บริการฉุกเฉิน โลจิสติกส์ และการเดินทางในภูมิภาคระยะสั้น เครื่องบินเหล่านี้ผสมผสานความสามารถในการบินขึ้นในแนวดิ่งเข้ากับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า

น้ำหนักเป็นหนึ่งในความท้าทายที่สำคัญที่สุดในการออกแบบ eVTOL แบตเตอรี่ มอเตอร์ไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และระบบความปลอดภัย ช่วยเพิ่มมวลให้กับเครื่องบินเป็นอย่างมาก ผู้ผลิตจึงต้องลดน้ำหนักของโครงสร้างโดยไม่กระทบต่อความแข็ง ความแข็งแรง ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า หรือความปลอดภัยของผู้โดยสาร

คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับเครื่องบิน eVTOL นำเสนอการผสมผสานที่น่าสนใจระหว่างน้ำหนักต่ำ ความแข็งแรงจำเพาะสูง ความยืดหยุ่นในการออกแบบ และความต้านทานการกัดกร่อน พวกมันอาจนำไปใช้ในลำตัวเครื่องบิน ปีก ใบพัดโรเตอร์ กล่องแบตเตอรี่ โครงสร้างภายใน และส่วนประกอบอื่นๆ อีกมากมาย

ในฐานะซัพพลายเออร์วัสดุคอมโพสิต JLON นำเสนอผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ ท่อคาร์บอนไฟเบอร์ ลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์ และวัสดุแปรรูปคอมโพสิตที่เกี่ยวข้องสำหรับการใช้งานที่มีน้ำหนักเบา การเลือกวัสดุควรขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านโครงสร้าง กระบวนการผลิต มาตรฐานคุณสมบัติ และข้อกำหนดการรับรองของแต่ละโครงการเสมอ

เครื่องบิน eVTOL คืออะไร?

เครื่องบิน eVTOL เป็นเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าซึ่งสามารถบินขึ้นและลงจอดในแนวตั้งได้ ต่างจากเครื่องบินปีกคงที่ทั่วไปตรงที่ไม่ต้องใช้รันเวย์ที่ยาว ต่างจากเฮลิคอปเตอร์ทั่วไป การออกแบบ eVTOL ส่วนใหญ่ใช้ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าแบบกระจายร่วมกับมอเตอร์ไฟฟ้าและโรเตอร์หลายตัว

eVTOL อาจใช้โรเตอร์ยกหลายตัว โรเตอร์แบบเอียง พัดลมแบบท่อ ระบบขับเคลื่อนแบบยกแล้วล่องเรือ หรือปีกคงที่เพื่อการบินไปข้างหน้าอย่างมีประสิทธิภาพ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของเครื่องบิน ระบบขับเคลื่อนอาจเป็นระบบไฟฟ้าทั้งหมดหรือขึ้นอยู่กับการออกแบบไฮบริดไฟฟ้า

การใช้งานที่เป็นไปได้ ได้แก่ แท็กซี่อากาศในเมือง รถรับส่งสนามบิน การขนส่งทางการแพทย์ฉุกเฉิน การขนส่งสินค้า การเข้าถึงนอกชายฝั่ง การท่องเที่ยว และการขนส่งในภูมิภาคระยะสั้น

เหตุใดน้ำหนักจึงมีความสำคัญในการออกแบบ eVTOL

ทุกกิโลกรัมที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลต่อน้ำหนักบรรทุก ระยะพิสัย การใช้พลังงาน และประสิทธิภาพการบินขึ้นของเครื่องบินไฟฟ้า แบตเตอรี่มีความหนาแน่นของพลังงานต่ำกว่าเชื้อเพลิงการบิน ทำให้โครงสร้างน้ำหนักเบามีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับเครื่องบินไฟฟ้า

การลดน้ำหนักของโครงสร้างสามารถช่วยเพิ่มระยะการบิน บรรทุกผู้โดยสารหรือสินค้าได้มากขึ้น ลดการใช้พลังงาน ปรับปรุงประสิทธิภาพการบินขึ้นในแนวดิ่ง และลดกำลังขับเคลื่อนที่ต้องการ

อย่างไรก็ตาม การลดน้ำหนักไม่สามารถแลกมาด้วยความปลอดภัยได้ วัสดุโครงสร้างต้องทนต่อแรงคงที่ การสั่นสะเทือนซ้ำๆ ความล้า แรงกระแทก การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และรอบการบินขึ้นและลงจอดนับพันครั้ง

เหตุใดคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์จึงมีความสำคัญ

พอลิเมอร์เสริม คาร์บอนไฟเบอร์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า CFRP เป็นการผสมผสานการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์เข้ากับเมทริกซ์เรซินโพลีเมอร์ เส้นใยคาร์บอนรับภาระโครงสร้างส่วนใหญ่ ในขณะที่เรซินจะยึดเส้นใยเข้าด้วยกัน ถ่ายโอนน้ำหนักระหว่างเส้นใยเหล่านั้น และป้องกันการเสริมแรงจากความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม

เมื่อเปรียบเทียบกับโลหะทั่วไปหลายชนิด วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สามารถให้อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักและความแข็งต่อน้ำหนักได้ในระดับสูง นอกจากนี้ยังให้ความต้านทานความล้าที่ดี ความต้านทานการกัดกร่อน การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และอิสระในการออกแบบส่วนประกอบมากขึ้น

ข้อดีที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการปรับแต่งคุณสมบัติทางกลโดยการเปลี่ยนการวางแนวของเส้นใย วิศวกรสามารถวางคาร์บอนไฟเบอร์ในทิศทางที่เกิดการรับน้ำหนักสูงสุด แทนที่จะใช้ความหนาของวัสดุเท่ากันในทุกทิศทาง

ลักษณะเหล่านี้ทำให้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์มีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับเครื่องบิน eVTOL และโครงสร้างการบินและอวกาศน้ำหนักเบาอื่นๆ

การใช้งานคาร์บอนไฟเบอร์หลักในเครื่องบิน eVTOL

วัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์อาจใช้ในโครงสร้างเครื่องบินหลักและรองได้ ระบบวัสดุที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับน้ำหนักบรรทุก อุณหภูมิในการทำงาน ความต้องการแรงกระแทก ประสิทธิภาพการดับเพลิง ปริมาณการผลิต และกระบวนการผลิต

โครงสร้างลำตัวเครื่องบินและลำตัว

ลำตัวจะต้องบรรทุกสัมภาระในเที่ยวบินพร้อมทั้งปกป้องผู้โดยสาร แบตเตอรี่ และระบบอิเล็กทรอนิกส์ คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์อาจใช้สำหรับผิวหนังลำตัว เปลือกโครงสร้าง เฟรม ส่วนรองรับพื้น และการเสริมแรงเฉพาะจุด

โครงสร้างแบบคอมโพสิตอาจช่วยให้ผู้ผลิตสามารถรวมส่วนประกอบโลหะหลายชิ้นให้เป็นชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปขนาดใหญ่ขึ้นได้ การลดจำนวนข้อต่อ ตัวยึด และส่วนประกอบที่แยกจากกันสามารถลดน้ำหนักโครงสร้างและทำให้การประกอบง่ายขึ้น

โครงสร้างการบินและอวกาศขนาดใหญ่โดยทั่วไปต้องการระบบวัสดุที่มีการควบคุม การออกแบบลามิเนตที่ผ่านการตรวจสอบ และกระบวนการผลิตที่ทำซ้ำได้ มักใช้พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์เกรดการบินและอวกาศ แม้ว่ากระบวนการผสมเรซินและเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตอาจได้รับการพิจารณาสำหรับส่วนประกอบที่เลือกด้วย

ปีกและพื้นผิวควบคุม

เครื่องบิน eVTOL บางลำใช้ปีกคงที่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพระหว่างการบินไปข้างหน้า วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์สามารถให้ความแข็งแกร่งที่จำเป็นในการรักษารูปทรงตามหลักอากาศพลศาสตร์ของปีก ในขณะเดียวกันก็รักษาโครงสร้างให้มีน้ำหนักเบา

การใช้งานคาร์บอนไฟเบอร์โดยทั่วไป ได้แก่ หนังปีก ปีกนก ซี่โครง ปีก ปีกนก โครงสร้างส่วนหาง และพื้นผิวควบคุมอื่นๆ

การวางแนวของเส้นใยในโครงสร้างปีก

คาร์บอนไฟเบอร์เป็นแบบแอนไอโซโทรปิก ซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติของมันขึ้นอยู่กับทิศทางของไฟเบอร์อย่างมาก คาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวมีประสิทธิภาพสูงในการรับน้ำหนักไปตามทิศทางหลักเดียว ในขณะที่ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบทอให้คุณสมบัติที่สมดุลมากขึ้นและการจัดการที่ง่ายขึ้น

วิงลามิเนตอาจมีชั้น 0 องศาสำหรับความแข็งตามยาว ชั้นบวกและลบ 45 องศาสำหรับแรงเฉือนและแรงบิด และชั้น 90 องศาสำหรับความเสถียรตามขวาง ผ้าทอคาร์บอนไฟเบอร์อาจใช้เป็นชั้นพื้นผิวเพื่อปรับปรุงการจัดการและเสริมแรงในสองทิศทาง

โครงสร้างลามิเนตขั้นสุดท้ายจะต้องถูกกำหนดโดยการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม การทดสอบทางกายภาพ และข้อกำหนดการออกแบบด้านการบินและอวกาศที่เกี่ยวข้อง

ใบพัดโรเตอร์และใบพัด

ใบพัดและใบพัดโรเตอร์ต้องเผชิญกับการโค้งงอ แรงบิด การสั่นสะเทือน และแรงเหวี่ยงซ้ำๆ น้ำหนักเบาเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากมวลที่หมุนได้ส่งผลต่อโหลดของมอเตอร์ สมดุลไดนามิก เสียง และการตอบสนองของการควบคุมเครื่องบิน

คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์อาจใช้ในผิวหนังของใบพัด โรเตอร์ ฝาครอบสปาร์ การเสริมแรงภายใน ใบพัด และพื้นที่ยึดติดเฉพาะที่

ส่วนประกอบของโรเตอร์จำเป็นต้องมีขนาดที่แม่นยำ การวางตำแหน่งไฟเบอร์ที่สม่ำเสมอ และการควบคุมการผลิตที่เข้มงวด การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของมวลหรือความแข็งระหว่างใบพัดอาจส่งผลต่อความสมดุลของโรเตอร์และประสิทธิภาพของเครื่องบิน

เปลือกแบตเตอรี่และโครงสร้างป้องกัน

ระบบแบตเตอรี่ถือเป็นชิ้นส่วนที่หนักที่สุดและมีความสำคัญต่อความปลอดภัยมากที่สุดของเครื่องบิน eVTOL กล่องหุ้มแบตเตอรี่จะต้องปกป้องเซลล์และโมดูลจากการสั่นสะเทือน การกระแทก ความชื้น วัตถุแปลกปลอม และการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม

คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์อาจลดน้ำหนักของตู้ แต่คาร์บอนไฟเบอร์เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า คุณสมบัตินี้ต้องได้รับการพิจารณาเมื่อออกแบบฉนวนไฟฟ้า การต่อสายดิน ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า และการเชื่อมต่อกับส่วนประกอบที่เป็นโลหะ

ระบบป้องกันแบตเตอรี่ที่สมบูรณ์อาจรวมเอาผิวหนังคอมโพสิตที่มีโครงสร้าง ฉนวนไฟฟ้า แผงกั้นความร้อน วัสดุทนไฟ การป้องกันแรงกระแทก การระบายอากาศแบบควบคุม และการจัดการความร้อนที่หนีไม่พ้น

คาร์บอนไฟเบอร์เพียงอย่างเดียวไม่ได้ให้โซลูชั่นป้องกันอัคคีภัยที่สมบูรณ์ การเลือกเรซิน การออกแบบลามิเนต วัสดุฉนวน การออกแบบการเชื่อมต่อ และการทดสอบระดับระบบก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน

ส่วนประกอบภายในและรอง

ไม่ใช่ทุกองค์ประกอบของ eVTOL ที่ต้องการระบบวัสดุโครงสร้างปฐมภูมิของการบินและอวกาศ คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ยังอาจเหมาะสำหรับส่วนประกอบรองและส่วนประกอบภายใน เช่น เบาะนั่ง ส่วนรองรับที่นั่ง แผงหน้าปัด แผงภายใน แท่นยึดอุปกรณ์ ฝาครอบทางเข้า ตัวเรือนอิเล็กทรอนิกส์ และส่วนประกอบรองรับน้ำหนักเบา

สำหรับการใช้งานเหล่านี้ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ และท่อคาร์บอนไฟเบอร์สามารถให้การผสมผสานที่เป็นประโยชน์ระหว่างน้ำหนักต่ำ ความแข็ง ความคงตัวของขนาด และความต้านทานการกัดกร่อน

แบบฟอร์มวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับการใช้งาน eVTOL

คาร์บอนไฟเบอร์รูปแบบต่างๆ จะถูกเลือกตามรูปทรงของส่วนประกอบ ทิศทางการรับน้ำหนัก ปริมาณการผลิต ข้อกำหนดพื้นผิว และกระบวนการผลิต

ผ้าทอคาร์บอนไฟเบอร์

ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์มีจำหน่ายในรูปแบบลายทอธรรมดา สิ่งทอลายทแยง และผ้าซาติน รวมถึงขนาด ความกว้าง และน้ำหนักพื้นที่ที่แตกต่างกัน

ผ้าทอคาร์บอนไฟเบอร์ให้การควบคุมที่ดี การเสริมแรงในระนาบที่สมดุล และความสามารถในการปรับให้เข้ากับพื้นผิวโค้ง สามารถใช้ในการแช่เรซิน การวางแบบเปียก การผลิตพรีเพก และกระบวนการผลิตคอมโพสิตอื่นๆ

ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบทอธรรมดาให้มิติที่มั่นคงเนื่องจากมีเส้นใยพันกันบ่อยครั้ง โดยทั่วไปผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ลายทแยงจะให้ความสามารถในการเดรปที่ดีกว่าและมีรูปลักษณ์ที่นุ่มนวลกว่า ทำให้เหมาะสำหรับส่วนประกอบที่มีรูปทรงโค้งมนหรือพื้นผิวคาร์บอนที่มองเห็นได้

JLON จำหน่ายผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ในรูปแบบการทอที่แตกต่างกัน น้ำหนักผ้า การกำหนดค่าเส้นใย และความกว้างของม้วนสำหรับการผลิตคอมโพสิตน้ำหนักเบา

คาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียว

เส้นใยคาร์บอนแบบทิศทางเดียววางเส้นใยส่วนใหญ่ไว้ในทิศทางเดียว ช่วยให้วิศวกรสามารถมุ่งความสนใจไปที่ความแข็งและความแข็งแกร่งตามเส้นทางการรับน้ำหนักหลัก

อาจพิจารณาสำหรับสปาร์ปีก การเสริมคาน การเสริมแรงใบพัดโรเตอร์ โครงสร้างตามยาว และพื้นที่รับน้ำหนักสูงในท้องถิ่น

โดยปกติคาร์บอนไฟเบอร์ทิศทางเดียวจะรวมกับชั้นนอกแกนหรือทอเพื่อสร้างลามิเนตที่สามารถรับน้ำหนักได้หลายทิศทาง โครงสร้างที่มีทิศทางของเส้นใยเพียงทิศทางเดียวอาจมีคุณสมบัติตามยาวที่ดีเยี่ยม แต่มีสมรรถนะตามขวางหรือแรงเฉือนไม่เพียงพอ

พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์

พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์ประกอบด้วยสารเสริมแรงที่ชุบไว้ล่วงหน้าด้วยปริมาณเรซินที่ได้รับการควบคุม โดยให้ปริมาณเรซินที่แม่นยำและการกระจายวัสดุที่สม่ำเสมอเมื่อจัดเก็บ จัดการ และประมวลผลอย่างถูกต้อง

ข้อได้เปรียบที่เป็นไปได้ ได้แก่ อัตราส่วนเส้นใยต่อเรซินที่เสถียร ประสิทธิภาพของลามิเนตที่ทำซ้ำได้ คุณภาพพื้นผิวที่ดี และมีปริมาณช่องว่างต่ำภายใต้สภาวะการผลิตที่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม

อย่างไรก็ตาม พรีเพกเทอร์โมเซ็ตจำนวนมากจำเป็นต้องมีการเก็บรักษาในตู้เย็น ควบคุมการละลาย ระยะเวลาที่จำกัด และการบ่มด้วยเตาอบหรือหม้อนึ่งความดัน ข้อกำหนดเหล่านี้เพิ่มความซับซ้อนด้านลอจิสติกส์ ต้นทุนการผลิต และข้อกำหนดในการควบคุมการผลิต

แผ่นและแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์

แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์และแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เป็นลามิเนตที่บ่มแล้ว จำหน่ายในความหนามาตรฐานหรือแบบกำหนดเอง สามารถตัดเฉือนเป็นฉากยึด ฝาครอบ เฟรม แผง และส่วนประกอบรองรับได้

แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการสร้างต้นแบบและโครงสร้างรองที่ลูกค้าต้องการความแข็งในการดัดงอสูง น้ำหนักเบา ความคงตัวของมิติ ความต้านทานการกัดกร่อน และวัสดุสต็อกแบนที่สามารถแปรรูปได้

JLON จำหน่ายแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ และลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับอุตสาหกรรม UAV การขนส่ง และการใช้งานโครงสร้างน้ำหนักเบาอื่นๆ

ท่อคาร์บอนไฟเบอร์

ท่อคาร์บอนไฟเบอร์อาจใช้สำหรับเฟรมน้ำหนักเบา สตรัท อุปกรณ์รองรับ ข้อต่อควบคุม และโครงสร้างการติดตั้ง

ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญ ได้แก่ เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน ความหนาของผนัง การวางแนวของเส้นใย กระบวนการผลิต ความคลาดเคลื่อนของขนาด ความตรง และผิวสำเร็จ

โดยทั่วไปแล้วหลอดคาร์บอนไฟเบอร์แบบ Pultruded จะมีเส้นใยที่เน้นไปในทิศทางตามยาวเป็นส่วนใหญ่ มีความแข็งตามแนวแกนสูงแต่อาจมีสมรรถนะด้านแรงบิดที่จำกัด ท่อคาร์บอนไฟเบอร์ที่ห่อม้วนสามารถรวมการวางแนวของเส้นใยได้หลายแบบเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการโค้งงอ แรงบิด และแนวขวาง

กระบวนการผลิตชิ้นส่วนคอมโพสิต eVTOL

กระบวนการผลิตที่เลือกส่งผลต่อคุณภาพลามิเนต ความแม่นยำของขนาด ต้นทุน รอบเวลา และความสามารถในการปรับขนาดการผลิต

พรีเพกเลย์อัพและการบ่มด้วยหม้อนึ่งความดัน

พรีเพกคาร์บอนไฟเบอร์ที่ผ่านการอบด้วยหม้อนึ่งความดันยังคงเป็นกระบวนการสำคัญสำหรับโครงสร้างคอมโพสิตการบินและอวกาศประสิทธิภาพสูง ความร้อน สุญญากาศ และแรงดันภายนอกช่วยรวมแผ่นลามิเนตและควบคุมปริมาณช่องว่าง

กระบวนการนี้สามารถผลิตลามิเนตที่มีคุณภาพดีเยี่ยม แต่ต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพง การจัดเก็บวัสดุที่มีการควบคุม การวางซ้อนที่ใช้แรงงานเข้มข้น และรอบการผลิตที่ค่อนข้างยาว

การผลิตด้วยหม้อนึ่งความดันอาจเหมาะสมกับโครงสร้างที่มีความสำคัญต่อการบินและการผลิตเครื่องบินในระยะเริ่มต้น อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิต eVTOL ที่กำหนดเป้าหมายปริมาณการผลิตต่อปีที่สูงขึ้น ต่างก็ประเมินกระบวนการที่รวดเร็วและเป็นอัตโนมัติมากขึ้นเช่นกัน

การประมวลผลนอกหม้อนึ่งความดัน

วัสดุที่ไม่ใช้หม้อนึ่งความดันได้รับการออกแบบมาให้อบในเตาอบภายใต้แรงดันสุญญากาศ โดยไม่ต้องใช้หม้อนึ่งความดันเต็มรูปแบบ

ประโยชน์ที่เป็นไปได้ ได้แก่ การลงทุนด้านอุปกรณ์ที่ลดลง ความยืดหยุ่นที่มากขึ้น และความสามารถในการผลิตส่วนประกอบที่ใหญ่ขึ้น อย่างไรก็ตาม การจัดเก็บวัสดุ ความสมบูรณ์ของสุญญากาศ การดีบัลลาสต์ อุณหภูมิในการบ่ม คุณภาพเครื่องมือ และการควบคุมความชื้น ยังคงมีความสำคัญ

การไม่ใช้หม้อนึ่งฆ่าเชื้อไม่ได้หมายความว่าสามารถลดการควบคุมกระบวนการได้ วัสดุและกระบวนการผลิตที่เลือกยังต้องได้รับการตรวจสอบความถูกต้องสำหรับส่วนประกอบที่ต้องการ

การแช่สุญญากาศ

การแช่ด้วยสุญญากาศจะดึงเรซินเหลวผ่านการเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์แบบแห้งภายใต้สุญญากาศ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับโครงสร้างคอมโพสิตขนาดใหญ่ และลดความจำเป็นในการใช้อุปกรณ์บ่มด้วยแรงดันสูง

ระบบฉีดสารสูญญากาศทั่วไปใช้ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ร่วมกับชั้นลอก ฟิล์มลอก สารไหล ฟิล์มบรรจุถุงสูญญากาศ เทปกันรั่ว ท่อเกลียว ท่อทางเข้าเรซิน และท่อสูญญากาศ

JLON จัดหาวัสดุสิ้นเปลืองเสริมคาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุสิ้นเปลืองสำหรับการแช่แบบสุญญากาศสำหรับการผลิตคอมโพสิต ความเหมาะสมของการเติมสุญญากาศสำหรับส่วนประกอบ eVTOL โดยเฉพาะจะต้องได้รับการตรวจสอบผ่านการประเมินทางวิศวกรรม การตรวจสอบความถูกต้องของกระบวนการ การทดสอบโครงสร้าง และการรับรองใดๆ ที่จำเป็น

การอัดขึ้นรูป

การอัดขึ้นรูปมีความน่าสนใจสำหรับการผลิตส่วนประกอบคอมโพสิตที่มีปริมาณปานกลางและสูงซ้ำได้ สามารถแปรรูปวัสดุเทอร์โมเซ็ตหรือเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิต รวมถึงสารประกอบการขึ้นรูปแผ่น พรีฟอร์ม และลามิเนตที่รวมไว้ล่วงหน้า

ข้อได้เปรียบที่เป็นไปได้ ได้แก่ รอบเวลาสั้นลง ขนาดที่ทำซ้ำได้ การรวมส่วนประกอบ และข้อกำหนดการเก็บผิวสำเร็จที่ลดลง

สำหรับการผลิต eVTOL อาจพิจารณาการขึ้นรูปแบบอัดสำหรับฉากยึด ฝาครอบ ชิ้นส่วนภายใน ส่วนประกอบแบตเตอรี่ และโครงสร้างรองที่เลือก

การประมวลผลคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก

คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์กำลังได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากสามารถมีรอบการขึ้นรูปสั้น ทนต่อแรงกระแทกสูง อายุการเก็บวัสดุที่ยาวนาน และความเป็นไปได้ในการเชื่อมแบบฟิวชัน

นอกจากนี้ยังอาจสนับสนุนการผลิตแบบอัตโนมัติมากขึ้นและอาจปรับปรุงการรีไซเคิลเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานได้ดียิ่งขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับคอมโพสิตเทอร์โมเซ็ตทั่วไป

วิธีการประมวลผล ได้แก่ การขึ้นรูปด้วยความร้อน การขึ้นรูปแบบอัด การวางเทปอัตโนมัติ และการเชื่อมแบบฟิวชัน อุณหภูมิในการประมวลผลที่สูง แรงกดดันในการรวมตัว ต้นทุนวัสดุ และข้อกำหนดด้านอุปกรณ์ยังคงเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญ

ปัจจัยการเลือกวัสดุหลัก

การเลือกคาร์บอนไฟเบอร์ไม่ควรขึ้นอยู่กับความต้านทานแรงดึงเท่านั้น ระบบไฟเบอร์และเรซินที่สมบูรณ์ต้องได้รับการประเมินตามข้อกำหนดของส่วนประกอบขั้นสุดท้าย

สมรรถนะทางกล

คุณสมบัติทางกลที่สำคัญ ได้แก่ ความต้านทานแรงดึง โมดูลัสแรงดึง ความต้านทานแรงอัด ความต้านทานแรงดัดงอ ความต้านทานแรงเฉือนระหว่างชั้น ความต้านทานต่อความเมื่อยล้า ความต้านทานแรงกระแทก และความเหนียวแตกหัก

ค่าที่ต้องการขึ้นอยู่กับว่าวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์มีไว้สำหรับโครงสร้างหลัก โครงสร้างรอง ส่วนประกอบภายใน ส่วนรองรับอุปกรณ์ หรือกรอบป้องกัน

ระบบเรซิน

เมทริกซ์เรซินส่งผลต่ออุณหภูมิในการทำงาน ทนต่อแรงกระแทก ประสิทธิภาพการติดไฟ ทนต่อความชื้น ทนต่อสารเคมี และสภาวะการแปรรูป

วัสดุเมทริกซ์ทั่วไป ได้แก่ อีพอกซี เรซินฟีนอล เรซินเทอร์โมเซตติงอุณหภูมิสูง โพลีเอไมด์ PEEK PEKK PPS และเทอร์โมพลาสติกวิศวกรรมอื่นๆ

โดยปกติแล้ว ระบบเรซินสำหรับการบินและอวกาศจำเป็นต้องมีการทดสอบอย่างละเอียด คุณสมบัติกระบวนการ และการอนุมัติจากลูกค้าก่อนจึงจะสามารถนำมาใช้ในโครงสร้างการบินได้

ไฟ ควัน และความเป็นพิษ

เครื่องบินบรรทุกผู้โดยสารต้องคำนึงถึงความปลอดภัยจากอัคคีภัยทั้งในระดับวัสดุและระบบ การทดสอบที่จำเป็นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของส่วนประกอบ การออกแบบเครื่องบิน สภาพการทำงาน และกฎระเบียบที่บังคับใช้

คาร์บอนไฟเบอร์นั้นมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูง แต่เมทริกซ์โพลีเมอร์อาจเผาไหม้ ทำให้นิ่มลง สลายตัว หรือก่อให้เกิดควัน ดังนั้นจึงไม่ควรอธิบายคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ว่ามีความทนทานต่อเปลวไฟโดยอัตโนมัติโดยไม่รองรับข้อมูลการทดสอบ

การนำไฟฟ้าและการป้องกันฟ้าผ่า

คาร์บอนไฟเบอร์เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าแต่ไม่ทำงานในลักษณะเดียวกับโครงสร้างโลหะทั่วไปทุกประการ

ผู้ออกแบบเครื่องบินอาจต้องการการป้องกันเพิ่มเติมสำหรับฟ้าผ่า การลงกราวด์ไฟฟ้า การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า การกระจายตัวของไฟฟ้าสถิต และการแยกทางไฟฟ้า

การกัดกร่อนแบบกัลวานิกยังต้องพิจารณาด้วยเมื่อคาร์บอนไฟเบอร์สัมผัสโดยตรงกับอะลูมิเนียมหรือโลหะที่ไวต่อแสงอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ชื้นหรือในทะเล

ความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับและคุณสมบัติ

โดยปกติแล้ว วัสดุที่ใช้ในโครงสร้างที่มีความสำคัญต่อการบินจะต้องมีการตรวจสอบย้อนกลับเป็นชุด วัตถุดิบที่ได้รับการควบคุม สภาพการผลิตที่มั่นคง ใบรับรองการวิเคราะห์ ข้อมูลการทดสอบทางกล ข้อกำหนดเฉพาะของกระบวนการที่ได้รับอนุมัติ และคุณสมบัติของลูกค้า

ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์เชิงพาณิชย์ไม่ควรได้รับการอธิบายว่าผ่านการรับรองด้านการบินและอวกาศ เว้นแต่จะมีเอกสาร การทดสอบ และการอนุมัติที่จำเป็น

ความท้าทายในการผลิตคอมโพสิต eVTOL ในปัจจุบัน

อุตสาหกรรม eVTOL ต้องสร้างสมดุลระหว่างข้อกำหนดด้านความปลอดภัยด้านการบินและอวกาศกับความต้องการการผลิตที่รวดเร็วและคุ้มต้นทุนมากขึ้น

อัตราการผลิต

โดยปกติแล้วเครื่องบินแบบดั้งเดิมจะผลิตในปริมาณที่ค่อนข้างจำกัด โครงการแท็กซี่ทางอากาศที่ประสบความสำเร็จอาจต้องใช้ปริมาณการผลิตต่อปีที่สูงขึ้นมากในที่สุด

การวางแบบแมนนวลและรอบการนึ่งฆ่าเชื้อเป็นเวลานานสามารถจำกัดกำลังการผลิตได้ ผู้ผลิตจึงกำลังพัฒนาการวางตำแหน่งไฟเบอร์อัตโนมัติ การวางเทปอัตโนมัติ การขึ้นรูปแบบอัด การขึ้นรูปเทอร์โมพลาสติก การตัดแต่งด้วยหุ่นยนต์ และโครงสร้างคอมโพสิตแบบครบวงจร

การควบคุมต้นทุน

คาร์บอนไฟเบอร์ ระบบเรซินสำหรับการบินและอวกาศ เครื่องมือ การตรวจสอบคุณภาพ และการรับรอง ล้วนมีส่วนทำให้เกิดต้นทุนส่วนประกอบ ขยะวัสดุอาจมีนัยสำคัญเช่นกันเมื่อชิ้นส่วนถูกตัดจากผ้าคาร์บอนหน้ากว้างหรือม้วนพรีเพรก

วิธีการลดต้นทุนที่เป็นไปได้ ได้แก่ การตัดอัตโนมัติ การซ้อนที่มีประสิทธิภาพ ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างใกล้เคียงตาข่าย การบ่มที่รวดเร็วขึ้น การใช้เครื่องมือซ้ำ ลดของเสีย และการรวมชิ้นส่วนหลายชิ้นให้เป็นโครงสร้างเดียว

การซ่อมแซมและตรวจสอบ

ความเสียหายจากการประกอบไม่สามารถมองเห็นได้บนพื้นผิวเสมอไป การกระแทกอาจทำให้เกิดการหลุดล่อนภายใน การแตกร้าวของเมทริกซ์ หรือความเสียหายของเส้นใย แม้ว่าภายนอกจะดูไม่เสียหายก็ตาม

วิธีการตรวจสอบอาจรวมถึงการทดสอบด้วยคลื่นอัลตราโซนิก เทอร์โมกราฟี การตัดเฉือน การทดสอบด้วยการแตะ การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ และการตรวจติดตามสุขภาพของโครงสร้าง

ขั้นตอนการซ่อมแซมต้องได้รับการพัฒนาตามการออกแบบส่วนประกอบ ระบบวัสดุ และข้อกำหนดด้านการบินที่เกี่ยวข้อง

การรีไซเคิลและความยั่งยืน

ประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมของการบินด้วยไฟฟ้าขึ้นอยู่กับมากกว่าการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า การผลิตวัสดุ ของเสียจากการผลิต อายุการใช้งานแบตเตอรี่ และการบำบัดเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานยังต้องได้รับการพิจารณาด้วย

เทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตและคาร์บอนไฟเบอร์รีไซเคิลกำลังดึงดูดความสนใจ เนื่องจากอาจสนับสนุนกลยุทธ์การใช้วัสดุหมุนเวียนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม คาร์บอนไฟเบอร์รีไซเคิลไม่เหมาะกับโครงสร้างการบินและอวกาศปฐมภูมิโดยอัตโนมัติ ความยาวของเส้นใย สภาพพื้นผิว ความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับ และประสิทธิภาพเชิงกลต้องได้รับการประเมินสำหรับแต่ละการใช้งาน

JLON สนับสนุนโครงการคอมโพสิตน้ำหนักเบาอย่างไร

JLON จำหน่ายวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์และคอมโพสิตหลายประเภทสำหรับ UAV การขนส่ง อุปกรณ์กีฬา อุตสาหกรรม และการใช้งานน้ำหนักเบาอื่นๆ

ผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์ของ JLON

กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ JLON ได้แก่ ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ทอ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ ท่อคาร์บอนไฟเบอร์ ลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์ ม่านคาร์บอนไฟเบอร์ เส้นใยสับคาร์บอนไฟเบอร์ และผงคาร์บอนไฟเบอร์

JLON ยังสามารถจัดหาวัสดุเสริมแรงไฟเบอร์กลาสและวัสดุสิ้นเปลืองในการแช่สุญญากาศสำหรับลูกค้าที่ใช้การแช่เรซินและกระบวนการผลิตคอมโพสิตอื่นๆ

ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการเลือกวัสดุ

เพื่อระบุวัสดุที่เหมาะสม ลูกค้าควรจัดเตรียมการใช้งานขั้นสุดท้าย ขนาดส่วนประกอบ ความแข็งแรงและความแข็งที่ต้องการ ลายทอผ้าที่ต้องการ น้ำหนักพื้นที่ เกรดเส้นใย ความกว้างม้วน ระบบเรซิน และกระบวนการผลิต

อุณหภูมิในการทำงาน การทดสอบที่จำเป็น การรับรองที่เกี่ยวข้อง ข้อกำหนดพื้นผิว และปริมาณการสั่งซื้อโดยประมาณควรได้รับการชี้แจงก่อนการเลือกวัสดุขั้นสุดท้าย

ประกาศคุณสมบัติที่สำคัญ

JLON สามารถสนับสนุนลูกค้าด้วยการเลือกใช้วัสดุ ข้อมูลผลิตภัณฑ์ ตัวอย่าง และข้อกำหนดเฉพาะที่กำหนดเอง ความเหมาะสมขั้นสุดท้ายสำหรับ eVTOL หรือการใช้งานด้านการบินอื่นๆ ต้องได้รับการยืนยันจากผู้ผลิตเครื่องบินหรือองค์กรวิศวกรรมที่รับผิดชอบผ่านการวิเคราะห์โครงสร้าง การทดสอบ การตรวจสอบกระบวนการ และการรับรองที่เกี่ยวข้อง

บทสรุป

คอมโพสิต คาร์บอนไฟเบอร์ สำหรับเครื่องบิน eVTOL สามารถช่วยลดน้ำหนักโครงสร้าง เพิ่มความแข็ง และช่วยให้สามารถออกแบบอากาศพลศาสตร์แบบบูรณาการได้ การใช้งานที่มีศักยภาพมีตั้งแต่ลำตัว ปีก และใบพัดโรเตอร์ ไปจนถึงเปลือกแบตเตอรี่ ที่นั่ง วงเล็บ และโครงสร้างรอง

การเลือกวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ที่เหมาะสมนั้นต้องการมากกว่าการเลือกความต้านทานแรงดึงสูงสุด วิศวกรต้องพิจารณารูปแบบของเส้นใย การวางแนว ระบบเรซิน ความล้า ผลกระทบ พฤติกรรมไฟ การนำไฟฟ้า อัตราการผลิต ข้อกำหนดในการตรวจสอบ และการรับรอง

ในขณะที่เทคโนโลยี eVTOL พัฒนาขึ้น อุตสาหกรรมคาดว่าจะใช้การผสมผสานระหว่างพรีเพกด้านการบินและอวกาศ ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แห้ง คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก วัสดุขึ้นรูปด้วยการอัด และกระบวนการผลิตแบบอัตโนมัติ แต่ละวัสดุและกระบวนการจะต้องตรงกับความต้องการของส่วนประกอบแต่ละชิ้น

JLON จำหน่ายผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ ท่อคาร์บอนไฟเบอร์ ลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์ และวัสดุแปรรูปคอมโพสิตที่เกี่ยวข้องสำหรับการใช้งานที่มีน้ำหนักเบา ติดต่อ JLON เพื่อแจ้งข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุ วิธีการประมวลผล และข้อกำหนดของโครงการ เพื่อหารือเกี่ยวกับโซลูชันคาร์บอนไฟเบอร์ที่เหมาะสม