Zautomatyzowana produkcja części kompozytowych CFRP dla helikoptera Airbusa

Szybki, lekki i oszczędny: helikopter RACER osiąga prędkość lotu do 400 km/h. Elementy jego osłony są wytwarzane w innowacyjnym, wysoce zautomatyzowanym procesie produkcyjnym. Zespół badawczy Instytutu Fraunhofer zajmujący się technologiami odlewania, kompozytów opracował wraz z Airbus Helicopters innowacyjną, zrównoważoną metodę wytwarzania elementów kompozytowych CRFP.

RACER (Rapid and Cost-Effective Rotorcraft) porusza się w powietrzu znacznie szybciej niż zwykłe helikoptery, które poruszają się z prędkością około 230 do 260 km/h. Ale to nie jedyna cecha wyróżniająca ten helikopter. Górne warstwy osłon bocznych składają się z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym (CFRP) i rdzeniem warstwowym o strukturze plastra miodu z żywicy fenolowej. Do tej pory te części były produkowane ręcznie, co jest kosztownym i czasochłonnym procesem. We współpracy z firmą Airbus naukowcy z Fraunhofer IGCV w Augsburgu opracowali wysoce zautomatyzowany proces wytwarzania elementów CRFP.

Fot. Airbus Helicopters GmbH

ZAUTOMATYZOWANY PROCES WYTWARZANIA ELEMENTÓW CRFP

Segmenty osłon o wymiarach 3,4 x 1,5 metra, wyprodukowane w tym zautomatyzowanym procesie, tworzą tylną prawą i tylną lewą część zewnętrznej osłony, która jest łącznikiem pomiędzy kabiną, a ogonem helikoptera. „Do tej pory osłony były wykonane z lekkich materiałów wzmocnionych włóknem węglowym, ale udoskonaliliśmy proces produkcyjny. Obecnie opiera się na tak zwanym procesie automatycznego umieszczania włókien przez robota”, opowiada Thomas Zenker, naukowiec w IGCV. Proces polega na zastosowaniu jednokierunkowych taśm, które mają lepsze właściwości mechaniczne i generują mniej odpadów niż dotychczasowe metody. Rdzeń warstwowy o strukturze plastra miodu z żywicy fenolowej, zwiększa dodatkowo sztywność całej konstrukcji.

Jak to działa? Robot przemysłowy wykorzystując specjalne oprogramowanie i narzędzie, umieszcza taśmy dokładnie tam, gdzie wymaga tego struktura elementu.

Komponent CFRP wyprodukowany w procesie automatycznego umieszczania włókien osiąga wyższy stopień sprężystości niż element stalowy, przy znacznie mniejszej wadze. Jest to dość istotne, wiedząc że każdy zaoszczędzony kilogram pomaga zmniejszyć zużycie paliwa. Zaoszczędzony materiał zmniejsza wagę segmentów osłony o 5%.

Zaawansowane procesy produkcyjne oferują także dodatkowe korzyści: dzięki wydajniejszemu procesowi zespół naukowców był w stanie zmniejszyć ilość odpadów produkcyjnych z 45 do 20%. W zależności od liczby wyprodukowanych śmigłowców, zautomatyzowany proces jest również w stanie osiągnąć oszczędności kosztów produkcji w porównaniu z konwencjonalną ręczną metodą układania. Przy produkcji 65 śmigłowców rocznie oszczędność ta wynosi na przykład 20%.

Dwie boczne części prototypu śmigłowca zostały ukończone w sierpniu 2020 r. Airbus zajął się wówczas procesem utwardzania i badaniem NDT, które polega na użyciu ultradźwięków do badania elementów pod kątem potencjalnych wad. Nowe kombinacje materiałów i procesów produkcyjnych wymagają dokładnej analizy, zwłaszcza w sektorach o kluczowym znaczeniu dla bezpieczeństwa, takich jak lotnictwo. Dodatkowe właściwości próbek materiału zostały określone i ocenione w ramach procedur – zezwolenia na Lot. Te testy mechaniczne są warunkiem wstępnym, który musi zostać spełniony, aby helikopter mógł latać.

Komponenty od Fraunhofer IGCV przeszły test i są obecnie montowane w prototypie. Helikopter ma być ukończony i odbyć swój pierwszy lot testowy na początku 2022 roku.

Fot. Airbus Helicopters GmbH