与肋骨相通，波音公司利用了成型气囊和钢制顶部和底部器械。囊改为 AZ31 镁，与铝比拟，它能更好地招架粉碎。C 通道器械被安排为正在皮相天生 PtFS 成型事情站内操作，以达成与用于肋的带筒式加热器的古板压力机比拟更疾的加热和冷却。

　　TuFF 最终正在之前的勤劳腐化的地方获得了胜利，由于它不妨庄厉把握纤维长度并与位于可成形性最佳点内的长宽比瞄准。

　　为了达成这一愿景，TFF 分为两个子序次——第一个子序次用于第 1 局限中接头的原料（原料），第二个子序次用于下个月的第 2 局限中探究的成型（成型）：

　　RI-RAPM-004 深拉寻事部件是利用低压预成型和RTM 制成的，这应承具有本钱效益的 Raku Tool 器械和用于预成型的手动夹紧机构（左上）以及用于固化的铝器械（右上）。利用众个预成型件来创修沒有褶皺的深拉幾何形式。

　　總共三種 RAPM 原料和工藝途徑都包含利用皮相天生（英邦拉特蘭）按功效楷模坐蓐（PtFS）像素化加熱把握和工簡直例的試驗，該體例位于密蘇裏州聖途易斯的波音研發核心。哈恩說：“這是由于咱們正正在尋找一種事情站，能夠正在靈敏的速度處境中容納總共三品種型的原料/工藝。”。“咱們不妨物色差別的溫度把握門徑和本錢。”波音 PtFS 事情站的最高溫度爲 440°C，夾緊力爲 150 噸，有用零件體積爲 750×750×100 毫米。

　　-003 C 通道的凝聚坯料被送往 ATC 修設公司舉辦沖壓成形，正在沖壓成形中，坯料被飽滿加熱到高于熔體溫度的溫度，以確保集中物活動。然後將其改觀到急迅封閉的壓機中，以急迅成型並冷卻零件。壓力機中的成形器械仍舊恒定溫度，通過殲滅上升和冷卻，達成急迅輪回。器械溫度必需正在熔體溫度和 Tg 之間，以正在短時刻內造成所需水准的熱塑性基體結晶度，同時確保零件能夠正在穩定形的情形下移除。利用一系列帶有植入熱電偶的坯料來驗證沖壓成型 C 通道的完美熱輪回。

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　　正在這篇作品中，核心從原料改觀到可定制原料和成型(TFF)的第二個子序次的成型：由波音公司（美邦伊利諾伊州芝加哥）元首的 RApid 高機能修設（RAPM，發音爲“wrappe-em”）。該項目始于 2016年 7 月，已正在衆篇出書物中公布了其功效，包含 6 篇論文和 2019 年 SAMPE 的兩次演講。正如波音公司本事探討員和首席探討員哈恩（Gail Hahn）和湯姆·佐齊斯（Tom Tsotsis）所诠釋的那樣，RAPM 的主意是 “徹底變革小型複合原料零件的本錢形式，使其不妨正在邦防使用中尋常利用。”

　　從初始階段拔取的零件被界說爲一個或衆個工藝，以尋事初始開拓和過渡候選者，從而有能夠克服機加工鋁。

　　湯姆·佐齊斯說：“咱們的主意是正在器械上達成30 分鍾的最長時刻，從而不妨利用高速事情單位來消浸體例級本錢，使其與機加工鋁具有本錢角逐力。”哈恩增加道：“正在波音公司內部，咱們定奪這將滿意咱們正在邦防使用方面所看到的一起。”。“當咱們能夠用熱塑性塑料懲罰 2 到 6 分鍾時，爲什麽要正在這裏成立它？由于熱塑性原料需求更高的溫度懲罰，並有相應的器械限定，咱們的主意是爲咱們的供應鏈供應充塞的拔取。”

　　這些成形試驗坐蓐了複合原料零件，無損檢測（NDI）結果及格。然而，囊狀器械的安排需求進一步繁榮，以改革將疊層成形爲零件的精密內半徑，並仍舊勻稱的皮相厚度。

　　RAPM 從修設開拓試驗當選擇了 TP-RAPM-002 翼肋，以演示從原原料到制品豐富零件的一步壓縮成型，以及 TP-RAPM-003 彎曲通道的兩步門徑。波音聖途易斯公司利用 Accudyne Systems（美邦特拉華州）壓機成型了 002 型翼肋，並利用 PtFS 修立對-003 C 通道的坯料舉辦了凝聚。正在第二步中，ATC 修設公司將 C通道毛坯沖壓成零件。

　　蒂爾尼誇大，這個具有集成自願化和 5 噸/年産能的中試工場顯現了 TuFF 本事的工業可擴展性。他诠釋道：“總共的硬件都反應了一個全尺寸工場的姿態。”。“它目前正正在爲咱們的原料特征測試和成型演示供應所需的原料。”

　　跟著該項宗旨促進，它向航空航天原料和修設商綻放，以至向蘇威的 XEP-2750 等測驗體例綻放。哈恩說：“咱們最初以爲咱們不妨周全評估這個別例，就像咱們正在 2007 年至 2012 年 DARPA 項目‘非熱壓罐修設本事’中對 CYCOM 5320-1 所做的那樣。”雖然不行夠舉辦同樣水平的評估，但 XEP-2750 現已被蘇威行爲 CYCOM EP-2750 貿易化（睹正在線側欄“RAPM 頂用于壓縮成型的新型預浸料”），並受益于大方 RAPM零件試驗和履曆教訓。

　　卷邊板TS-RAPM-009 的壓縮成型（頂部）和成型部件（底部）之前的彈簧張緊預浸料。

　　RAPM 誇大的另一個本錢驅開航分是 TS 預浸料壓縮成型進程中耗時的預凝聚辦法。哈恩诠釋道：“低體積和高樹脂含量的預浸料拓寬了工藝窗口，擡高了高質料零件的可反複性。”。“蘇威（Solvay）開拓了一種正正在申請專利的“變壓器膜-transformer film”，能夠正在壓縮成型前使用于較低浸漬預浸料，行爲正在凝聚進程中包管模腔靜水壓力的一種門徑。”

　　RAPM 估量了選定尋事和過渡部件的常常性修設本錢（如原料、呆板時刻），假設盡頭常性根基舉措仍舊到位，然後將其與機加工鋁舉辦鬥勁。

　　UD-CCM 的高級科學家、TuFF 的配合發覺人約翰·蒂爾尼（John Tierney）博士說：“咱們正在 DARPA 項目中的主意之一是超越測驗室範疇的體例。”。“過程幾次叠代，咱們目前有兩條 24 英寸寬的坐蓐線，用于坐蓐對齊的短纖維片材：一條准繩線和一條離軸線，用于發作傾斜的纖維目標（比如，45、30、60 度）。”這些坐蓐線的准繩片材是一種相接的薄層原料，厚度爲 8微米，約爲 8 克/平方米（圖 5）。片材被卷繞到輥上，然後將輥裝載到相鄰的自願堆疊體例中。這是正在內部構修的，需求獨自的輥和堆疊衆達八層，以構修所需的纖維面積重量和纖維定向疊層，從而發作 30-190 克/平方米和 30-190 微米厚的准繩預浸料和坯料。

　　海德說，准繩模量纖維的直徑約爲 7 微米（0.007毫米），這意味著 TuFF 的纖維長度爲 4 至 5 毫米 所需的縱橫比爲 100-1000。他還指出，複合原料的機能不但取決于纖維，還取決于樹脂和樹脂-纖維界面。海德說：“咱們連續正在探討貿易纖維，這種纖維過程航空熱塑性樹脂和環氧樹脂的皮相懲罰，但不是上漿。”

　　 由波音公司（美邦伊利諾伊州芝加哥）元首的 RApid 高機能修設（RAPM- RApid high-Performance Manufacturing，發音爲“wrap em”）。TuFF 原原料是一種高度對齊、不相接的薄層辦法的纖維預成型體，可與熱塑性（TP- thermoplastic）或熱固性（TS- thermoset）樹脂組適用于預浸料，或以幹辦法用于基于浸漬的工藝。一種正正在申請專利的不相接碳纖維瞄准和預成型工藝已正在 UD-CCM 的一個 5 噸/年的試驗舉措中舉辦了演示，該試驗舉措包含：

　　亞拉加達說：“咱們不妨坐蓐縫隙率小于 1%的複合原料層壓板。”。“咱們還顯現了與 UD 熱固性和熱塑性預浸料相當的機能，以及薄層 TuFF 方式的少許發端數據。”薄層加強原料已被外明能夠擡高承載技能，節減裂紋擴展，從而擡高毀傷容限。亞拉加達增加道：“這一發端數據顯示，因爲薄鋪層的微觀組織，抗拉強度擡高了 30%。”

　　TP 複合原料的加工溫度高于熱固性原料，比如PEEK 爲 390°C，PEKK 爲 375°C，這帶來了很衆題目。不妨懲罰這些高工藝溫度的器械原料是有限的。別的，零件加工和移除之間的大的溫度增量使得難以仍舊勻稱的器械溫度。解救要領是熱浸泡和/或遲緩的上下斜坡，這會延伸輪回時刻。

　　亞拉加達說：“從 20 世紀 90 年代末入手公布的本事論文證明，長徑比爲 100 的短纖維應與相接纖維的硬度相般配，長徑比爲 1000 的短纖維也應與強度相般配。”。“但纖維瞄准也存正在題目。”

　　RAPM 通過正在 15-30 分鍾的初始固化後移除尺寸安谧的零件，然後分批後固化，以擡高速度技能，從而最大範圍地節減了零件正在器械上的時刻。還利用單個器械集對零件族舉辦了探討，比如，沿機翼長度具有三個差別翼緣角的 C 形通道，以最大範圍地應用事情站。教導 RAPM TS 門徑的其他主意包含：

　　UD-CCM 助理總監、TuFF 項目擔任人德克·海德（Dirk Heider）诠释道：“通过这种高水准的纤维摆列，咱们能够得到与单向预浸料相似的纤维体积。”。他指出，利用 3 毫米长 IM7 碳纤维的复合原料已外明纤维体积把握正在 40%至 63%之间。

　　顶部和底部器械由 410 不锈钢制成，与 UD 碳纤维/PEKK 层压板的平面内 CTE 相般配。正在冲压周期中，带有铝囊状物的上部器械消浸，并将叠层缓缓压入下部器械的凹腔中。正在这个一步进程中，囊状物的尺寸比最终部件厚度小 30%002cc全讯开户送白菜，以容纳大局限未凝聚的带预制件。该器械装置正在带有电加热筒的古板压力机中，正在 12 个独立把握的区域（加上压板的六个合键区域）布线，以把握肋凸缘和腹板中的器械皮相温度。

　　TuFF 的短纤维和匀称的微观组织使其不妨正在没有高压或丰富温度把握的情形下造成 航空航天质料、丰富形式。这种原料也能够被豆剖成相接的带，用于 AFP 惩罚。定制通用原料，用于将原料成形为丰富形式。量身定制的通用成型原料（TuFF）原料薄层胶带。

　　然后将所学到的履历教训使用于波纹“海浪”寻事部件 TS-RAPM-012，以演示具有精密曲率半径（12.7毫米）形式的厚（6.3 毫米标称厚度）UD 层压板的压缩成型。为了满意请求，该零件利用了中等模量的准各向同性叠层（IM7；赫氏-Hexcel；美邦康涅狄格州斯坦福德）碳纤维 UD 带。108 型玻璃纤维织物和苏威- Solvay THORNEL T650 准绳模量碳纤维外层采用 8 束缎面织物，可维护 UD 纤维，并防范与金属部件配对的一侧产生电偶侵蚀。利用苏威风（Solvay）CYCOM 5320-1 环氧树脂，可正在 177°C 下举办 2 小时的独立后固化，从而缩短等温固化周期（≤30 分钟）。

　　主意是为三条途径中的每一条订定安排和修设指南。哈恩记忆道：“第一次试用看起来并不吸引人。”。“但它们有助于确定可授与的半径和零件几何形式，从而坐蓐出没有不须要的纤维变形的零件，以及施加正在器械上的张力、温度、压力和时刻等参数的最佳组合。”

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　　RAPM 正在总共三个途径上都显现了别致的成形技能，并蕴蓄堆积了大方的履历教训，从何如定位衬垫以防范压缩成型进程中的滑动，到零件几何形式的教导目标，以最大范围地抬高质料并最大范围地消浸工装本钱。哈恩察看到：“当你转向小零件时，知道平面外特点、半径厚度比和几何细节之间的间隔的影响是环节。”。“准绳化半径、弧线和凸缘角等特点有助于消浸本钱驱开航分，比如，通过为一系列零件启用准绳 AUSS 靴(a standard AUSS shoe)，消浸器械本钱、开拓进程中的成型试验次数以及 NDI（无损检测）进程中的众次扫描需求。”

　　对待 TP-RAPM-003 弯曲 C 通道，所利用的粉末涂层 PEEK 2x2 斜纹织物具有相对较高的积聚系数。波音圣途易斯公司最先将沿零件长度从 32 层消浸到 24 层的叠层团结为具有锥形横截面的扁平坯料，然后将坯料发送给 ATC 修设公司，ATC 修设公司用笔直凸缘冲压最终零件。

　　RI-RAPM-004 包含一个用于蒙皮的预成型件，每个深拉局限一个，以及两个积聚区域（图 3）。这些预制件元件利用了差别的叠层，以满意安排的面板厚度。

　　吉莱斯皮说：“咱们正正在用 PEI（聚醚酰亚胺）和 PEKK（聚醚酮）热塑性塑料以及 Hexcel 8552 环氧树脂（用于 HexPly 单向预浸料）测试对齐的短纤维原料，以显现航空航天级复合原料的机能。”。PEI 测试仍旧实行，显示复合原料的机能与相接碳纤维相当（图 3），包含拉伸、压缩和剪切，以及缺口机能，如开孔拉伸和压缩（OHT- open-hole tension /OHC- compression open- hole）和承载强度。PEKK 和 8552 环氧树脂的测试正正在举办中，将于本年实行。

　　波音公司利用铝气囊及其 PtFS 体例凝聚了 TP-RAPM-003 弯曲C 形通道的 PEEK 织物 坯料。然后将团结后的坯件送往 ATC 修设 厂，正在那里将其固定正在张紧体例中举办冲压，以防范褶皱

　　初始成型试验包含三个合键工艺途径和三个合键零件摆设，旨正在为后续寻事和过渡零件订定安排和工艺指南（图 2）

　　TuFF 仍旧外明了其以高成型性满意航空航天机能的技能，但低本钱呢？亚拉加达供认：“咱们正正在利用相接的短切PAN 纤维。”。“然而，商场上有来自Toray、 Hexcel、Teijin 和其他公司的商用短纤维，以及来自接受和废物流来历的短纤维。这些纤维没有低级航空航天组织所需的认证，但有能够明显消浸其他使用的原料本钱。”

　　亨德里克斯答允 RAPM 的航空航天和汽车修设调换是有益的。别的，苏威（Solvay）和 SGL 正在没有纤维变形或其他缺陷的情形下造成丰富形式的技能给他留下了深入印象。他供认：“修设华丽的汽车零部件现实上是有好处的。”。“你不行有褶皱或倒霉的皮相光洁度；它们必需是完好的。但它们仍旧需求众次试验和强大开拓才力造成 RAPM 零件。若是邦防项目惩罚的是少量的，我不确定他们是否会投资于这种尽头常性工程。经济性将依照简直情形而定，但器械和开拓仍旧是咱们需求的题目。”哈恩增加道，“咱们正正在揭晓履历教训，使生意探讨不妨尤其知情，并扩充拔取规模，为行业接头创立一个合理绽放的根基。” CW 将正在本年晚些岁月 RAPM 已毕后无间举办这一接头并更新。

　　DARPA 的可定制原料和成型（TFF-ľailoíablc Iccdsťock a⭲d Ioími⭲g）序次中的RAPM 子序次汇编了现时/过去坐蓐的说明数据以及众个零件成型试验的履历数据，以天生这些弧线。主意是更好地知道复合原料零件和工艺的生意空间。

　　哈恩说，虽然树脂灌注正在大零件中获胜，但 TS 和 TP 冲压正在小零件中看起来相当不错。、“树脂灌注的初始模具本钱很难克制，除非金属部件尽头丰富，需求大方的呆板加工，”她诠释道。

　　正在第 2 局限中，CW 将回头 RAPM 策划，该策划正正在物色可重构修设事情站中的各类工艺，其特色是模块化器械和具有像素化温度把握的急迅加热/冷却。

　　最初的 RI-RAPM-004 试验显示，出口左近的气流浮现不测十分，导致外层层上升，导致纤维变形。倒置入口和出口处置了这个题目。正在 130°C 的器械中浸泡和初始固化后，零件正在 180°C 下后固化 60 分钟，然后呆板加工成净形式。10 个高质料零件被交付给波音公司，用于自愿超声波体例（AUSS-automated ultrasonic system）C 扫描。

　　UD-CCM 主任、TuFF 首席探讨员小约翰·W·吉莱斯皮（John W.Gillespie，Jr.）博士增加道：“这使得复合原料零件正在特别的零件/工艺/序次认证方面变得腾贵。”。当时，TuFF 的主意是开拓一种不妨外明相仿金属的可成形性的原料，但也能够举办定制，以满意邦防部的一系列使用需乞降数目。

　　TP 层压板也能够因加工而减少，由于树脂体积跟着从液体到固体的变革而节减。恰是正在这个冷却阶段，当环节的树脂基体结晶产生时，需求对温度匀称性和层压板压力举办精准把握，以确保制品零件的高质料机能。

　　修设开拓试验的结果随后用于开拓寻事试验和过渡试验。RI-RAPM-004 深拉寻事部件也实行了修模（图 3），其具有两个深拉特点：5 厘米的矩形区域和从矩形过渡到 V 形的 10 厘米区域。受坐蓐盘组件的动员，其丰富的几何形式确保了树脂活动途径的不匀称性。Huntsman（瑞士巴塞尔）利用 PAM RTM 软件（ESI Group，Paris，France）对利用 FAF2 二元环氧树脂（Huntsman，the Woodlands，Tex。

　　美邦邦防高级探讨策划局（DARPA，美邦弗吉尼亚州阿灵顿）于 2015 年启动了可定制原原料和成型（TFF-Tailorable Feedstock and Forming）策划，以达成重量小于 20磅的丰富几何形式复合原料零件的急迅、低本钱和矫捷修设。复合原料正在采用自愿铺带和纤维铺设（ATL/AFP）等工艺修设的大型深化蒙皮中克服了金属。然而，一个范例的策略军用机身中 80%以上的零件都是几何形式丰富的小型零件。对待这些，因为复合原料和小零件修设的高本钱和丰富性，机加工铝受到青睐。复合原料行业和 TFF 项目垂问杰夫·亨德里克斯（Jeff Hendrix）说：“你能够买一块 4 到 6 英寸的铝板，把它扔到数控加工核心，然后按下按钮。”DARPA 邦防科学办公室的项目司理米克·马赫（Mick Maher）是 TFF 的创始人，他诠释道：“虽然金属零件的修设本钱更低，但它们格外的重量以及对开裂和侵蚀的易感性导致了体例的次优机能。”（虽然马赫正在 2016 年实行了 DARPA 的五年任期，但他对 TFF 的愿景与现任 DARPA 项目司理扬·范登布兰德（Jan Vandenbrande 博士相似。）亨德里克斯对此透露赞助，但他指出，“没有人会为这些较小部件中的复合原料减重支拨双倍的用度；它们必需比铝更具本钱角逐力。”

　　“我不希冀用 10000 个复合原料零件代替 10000 个铝零件，”他供认，“但我会拔取几百个。”要做到这一点，下一步是以少许示例零件为例，利用这些原料和工艺，使它们到达航空航天质料，并验证机加工铝的经济性。

　　吉莱斯皮说：“咱们希冀实行 PEKK 和 8552 环氧树脂的机能测试，然后揭晓这些结果，以及咱们正在各类零件成型进程中的事情。”。“咱们有专利正正在申请中，正正在对该本事举办许可。”DARPA TFF 项目将于 2020 年正式已毕，总共测试和结果都将揭晓。

　　高度对齐、短纤维可定制的通用成型原原料达成了航空航天机能，正在零糟蹋的情形下达成了中试工场，从纤维到零件相仿金属的可成型性。

　　亨德里克斯供认，UD-CCM 能够利用相接纤维原料造成深拉零件，这对 TFF 的 RAPM 策划是一个寻事（睹即将颁发的第 2 局限）。“TuFF 不妨利用六张片材而不是 20 种差别的亚变更来修设这些零件，这是达成咱们本钱主意的环节。他们还证明，他们能够修设古板原料无法修设的几何形式。亚拉加达援用了开张照片中的华夫饼局限：“这正在相接纤维的情形下是不行够的。这对你的代价和贸易案例估量有何影响？这需求你退后一步，问问你现正在何如修设零件，以及你能够应用什么安排自正在？”

　　造成热固性预浸料修设开拓零件，一次索引一个变量，直达到到足够的零件质料。对压结构闭速率、封闭名望和封闭压力等变量举办了评估，宗旨是将原料凝聚正在流变弧线中的准确点，以发作内部静水压 力，最大范围地节减树脂分泌，防范固化促进过远，从而避免裂纹的发作。一朝设定了成型参数，就要修制三到五个零件来验证工艺的可反复性，然后举办质料测试。因为高凝聚压力（20.7 巴），巩固面板显示出0.5%的孔隙率。还坐蓐了可反复利用的高质料巩固槽。

　　相接碳纤维给 TFF 的主意带来了两个题目：它腾贵且难以造成丰富的形式。短纤维供应了可成形性，但目前的办法和工艺，如打针成型，不行供应所需的高纤维体积机能（图 1）。尚有一个题目是，何如正在越来越星散的邦防部商场上以较低的数目分摊奋发的工装和零件开拓本钱。

　　虽然 RAPM 要到 2020 年秋季才会正式已毕，随后还会揭晓更众的结果，但探讨结果到目前为止，基于现实防御策划的选定零件证明，复合原料能够与机加工铝角逐（图 6）。虽然选定的树脂灌注和 TP 部件消浸了常常性本钱，比如，原料、呆板时刻等，这些本钱是依照假设尽头常性根基举措到位的每个家庭的总部件估量得出的，但 TS-RAPM-012 波纹组件现实上比机加工铝增众了 7%。然而，它确实达成了预期的重量俭朴，况且溢价现实上正在 Hendrix 轨则的利润规模内：“没有人会为重量俭朴复合原料支拨 2 倍的用度；它们的本钱必需正在铝的 10%以内。”然而，他供认，“仍有少许尽头常性的时刻和本钱题目需求处置，比如胜利造成形式所需的器械和开拓。”

　　海浪寻事部件是利用波音公司的 PtFS 事情站和 P20 钢模具面模制而成的，模具面具有集成的真空和树脂密封。器械腔比标称层压板厚度薄，以酌量原料树脂含量的变革，从而仍旧高质料零件的内部静水压力。

　　对器械门径举办了评估，以确定何如以及何时向差别类型的预成型件几何形式施加张力，从而最大范围地节减纤维变形。对这些安排变革举办了验证，以改革 C 通道的几何形式，然后举办估量机断层扫描（CT）说明。履历教训被使用于随后的 C&T 阶段，转向低压 RTM（LP-RTM）以消浸本钱。

　　弹簧框架冲压和双隔阂成型（DDF）是等温压缩成型工艺，个中热固性预浸料被切割、收拾和凝聚成 2D 预成型件。然后预成型件被预热，穿梭到般配的金属器械中，并正在古板的液压台板压机中成型。预成型件能够通过弹簧框架仍旧张力（图 4），这节减了成型进程中由原料压缩区惹起的褶皱。或者，双隔阂成型（DDF）将预成型件夹正在两个隔阂之间，无需举办模具洁净和脱模。预成型件用胶带固定正在个中一个隔阂上，根基上仍旧其张力，虽然不像弹簧框架那样直接或可定制。正在 RAPM 中，利用模仿对每个零件的弹簧类型、名望和张力举办了优化，弹簧框架也是如斯。比如，卷边面板 TS-RAPM-009 利用了一个框架，该框架能够上下致动，以与压合平行地定制装药的造成。

　　邦防高级探讨策划局（DARPA，美邦弗吉尼亚州阿灵顿）于 2015 年启动了可定制原料和成型（TFF-Tailorable Feedstock and Forming）策划，以达成邦防飞机小型丰富形式复合原料零件的急迅、低本钱和矫捷修设。这项为期 48 个月的策划旨正在抬高复合原料的本钱角逐力，以应用其与机加工铝比拟的重量俭朴和耐侵蚀开裂机能。正在本系列的第 1 局限中，CW 探究了 TFF 的愿景及其可定制的通用成形原料（TuFF-Tailorable Universal Feedstock for Forming）子序次，该子序次开拓了一种具有高呆板机能和类金属成形性的短纤维片材。

　　亚拉加达说：“若是你以短纤维办法为开始，你总共的废物都能够反复利用，如此你就根基上达成了零糟蹋的修设进程。”。“这不是 DARPA TFF 策划的核心，但咱们仍旧外明，咱们能够接受 TuFF 原料，将该纤维通过 TuFF 工艺，并得到相似的机能。邦防部的使用需求过程认证的航空航天级纤维，但咱们以为短纤维的本钱上风仍将使其有能够明显消浸本钱。”

　　正在这些探途者零件试验中，正在几个深拉半径中发觉了分层。汤姆·佐齐斯以为，这是由器械中树脂的初始固化亏空（由于 SGL 的蒸汽加热体例将器械温度限定正在 130°C）和零件拆卸进程中的热/呆板平面外应力配合变成的。“因为树脂强度尚未取得饱满繁荣，这些十分局面很能够仍旧通过器械上的全体固化而歼灭，”他发起道。“SGL 无法同时满意器械上的时刻和航空航天机能，直到向器械中增加油加热（相对待仅蒸汽），使其不妨正在 130°C 以上固化，” 哈恩指出。这是正在修设开拓试验之后增加的。

　　TuFF 短纤维片材，合用于价值合理的丰富形式复合原料零件 UD-CCM 开拓了可定制的通用成型原原料（TuFF-Tailorable Universal Feedstock），这是一种片材，因为高度的纤维摆列和长度把握，它能够到达 UD 预浸料坯级的纤维体积和机能（此处显示的是 IM7 碳纤维），但因为其平面内可拉伸性，它很容易造成丰富的形式。

　　成型试验分两个阶段实行：最初的“修设开拓”阶段（图 1），然后是随后的“寻事和过渡”（C&T-Challenge and Transition）零件（图 2），以寻事最初的开拓和过渡候选者，这些候选者有能够克服机加工铝。

　　他增加道：“这种原料正在平面内是可拉伸的，以是它能够像金属相通成形。”。TuFF 已造成双轴应变大于 40%的零件几何形式。“咱们仍旧畛域并将其成形，尽头像金属成形进程。”TuFF 的可成形性已被外明合用于一系列叠层，包含 0 度和 90 度单向（UD）、0/90 双轴和准各向同性。图 4 和下面视频中的图像也显现了一系列丰富形式的零件。“咱们从薄零件入手，由于无法藏匿缺陷。”

　　对待亨德里克斯来说，当务之急不是巨额量生 产，而是何如正在小批量下达成责任得起的重量节流。

　　预浸和定制坯料坐蓐TS/TP 成型和液体成型事情站，将于 2020 年第三季度增众。

　　归根结底，这取决于纤维到零件的本钱组织，”他无间说道。“利用织物和 UD 胶带，您能够负担从纤维转 换成这种形式，然后再转换成丰富几何形式零件的本钱，后者因为丰富性、缺陷等而发作强大的废物和成型危机。通过从相接的、过程认证的纤维入手举办后续切割，我 们确实会得到少许格外的本钱，但当咱们将其转换成复 杂的形式时，造成起来要容易得众。于是，避免丰富的图案和叠层，加上 TuFF 正在航空航天零件上的可成形性和较低的废物，具有上风。”

　　吉莱斯皮说：“当 TFF 最初树立时，该项目正正在探讨为什么复合原料没有更众地用于邦防和汽车。”。“对待汽车业来说，这是由于他们仍旧投资于金属成型，必需从新投资于复合原料。但当复合原料能够像金属相通成型时会产生什么？然后，从新摆设现有坐蓐流程和应用现有修立变得更容易。”

　　“热塑性塑料看起来适合巨额量坐蓐，但特定项宗旨分包商能够不会被设立来坐蓐热塑性原料。然而，热固性冲压能够是一个尽头好的拔取，假使是对待小批量的交换零件也是如斯。因为邦防使用如斯寻常，正在生意接头中利用众种原料和工艺很紧要。”哈恩指出，RAPM 仍旧拓荒了新的原料，并外明航空航天原料能够用于汽车类工艺。“咱们还引进了新的修设商。”

　　利用 Aniform 软件（荷兰恩斯赫德）举办的成形模仿证明，高度悬垂的 PEEK 织物坯件正在压缩区域（即内（较小半径）凸缘）仍存正在褶皱危机。于是，当般配的金属器械闭合以造成坯料时，由梭板和夹子构成的张紧体例（图 5）将坯料仍旧正在张紧状况。虽然如斯，当纤维正在内径处向内胀励时，受压的凸缘面仍显示出屈曲。哈恩以为：“RAPM 的三条途径都很难做到这一点。”。“它的几何形式是异常的，并不是真正的零件，而是为了胀励咱们正在可成形性方面所能到达的主意。”

　　虽然最初的设念是利用 TuFF 短纤维片材，但因为这些原料正在一入手就不行用，RAPM 无间利用取代原料。这现实上对复合原料行业是有益的，由于取代品涵盖了更能反应该项目除外正正在利用和开拓的原料：汽车有机片材和航空航天及格的预浸料、测验环氧树脂、于是，探讨结果和发觉涉及总共类型的复合原料修设商，而不但仅是邦防部的修设商。

　　实行的寻事部件显示出饱满的凝聚、优异的纤维摆列和优秀的质料。这些零件的玻璃化更改温度为 197°C，纤维体积分数（FVF-fiber volume fraction）为 49.5%，这是所用无卷曲织物（NCF）的范例值。与目前的预浸工艺比拟，零件叠片数目节减了三分之二以上，接触劳动力揣度节减了 90%。RAPM 还用航空航天及格的树脂和织物修设了这一寻事性部件，以测试其开拓的器械和工艺的合适性，并修设出相符无损检测（NDT-nondestructive testing）坐蓐请求的零件。

　　复合原料行业和 TFF 项目垂问杰夫·亨德里克斯（Jeff Hendrix）正在讲到 RAPM 的主意时透露：“我念要的只是少许小型复合原料零件的工艺，这些工艺能够正在衡量探讨中克服铝。”那么，RAPM 胜利了吗？CW 物色了该项目修设数百个零件的勤劳，通过众种原料和工艺斗劲了十几种航空航天零件摆设，同时寻求节减时刻和本钱的门径。

　　几十年来，人们连续正在寻找价值合理、可成型复合原料的短碳纤维处置计划（图 2），包含 DiscoTex、拉伸断裂碳纤维（SBCF-stretch-broken carbon fiber）和 HiPerDif-High Performance Discontinuous Fiber（高机能不相接纤维）。对待SBCF，呆板工艺将相接的 PAN 碳纤维断裂成 25-50 毫米或更长的长度。对待利用的直径为 0.005 毫米的 IM7碳纤维（美邦康涅狄格州斯坦福德 Hexcel）, 这给出了 10000 的纵横比。亚拉加达诠释道：“凌驾 10000 的纵横比需求很高的成形力。”他指出，可成形性的最佳点是纵横比正在 100 到 1000 之间。TuFF 利用 3 毫米长的 IM7 纤维，纵横比为 600。

　　散纱尺寸是一个身分吗？“不，”海德说。“你必需正在细纱水准上对齐，不然你就无法得到机能和受控微观组织的转换。咱们从外部供应商那里收到切碎的 IM7 丝束，然后将其星散正在水中成丝。然后，咱们将细纱浸积为具有尽头高对齐度的薄片，以尽头可控的方法将纤维从新组合正在一块。”。“正正在申请专利的 TuFF 工艺坐蓐铺层（8 微米厚）纤维片，然后能够堆叠成定制的厚层、切割成坯件或切割成胶带。薄层是指张开的丝束，比如，5 毫米宽的 12K 高强度（HS- high-strength）碳纤维丝束凡是被张开到 25 毫米宽的胶带上。海德指出：“咱们仍旧外明了一种具有优秀可掌管性的薄层胶带，其半径为 1 英寸，而相接纤维胶带的半径为 40-50 英寸。”

　　他诠释说，修制坯件的进程不是将胶带使用于转动台上的 AFP 进程。“它按照准绳的复合原料叠层门径，正在这种门径中，量身定制的坯料安排驱动了叠层程序。TuFF 所能做的是简化坯料几何形式，歼灭丰富的厚度变革和叠层形式，由于平面内拉伸技能应承丰富的成型。”海德诠释说，正在随后的成型事情站中，能够坐蓐0.9 乘 1.2 米的零件，“咱们凡是利用特定叠层的矩形预凝聚坯件，然后将其成型，相仿于金属板成型。咱们还修制干坯件，并将其成型用于液体树脂注入。”这项事情是由 UD-CCM 的小型公司孵化器 Composites Automation LLC 实行的，该孵化器也位于纽瓦克。海德增加道：“结果看起来尽头有希冀。”。“咱们能够利用热塑性面纱安谧原料，然后很容易地将其预成型，然后注入。”

　　修设开拓试验导致了寻事和过渡部件，个中包含众个版本的 TP-RAPM-08 蒙皮检修面板、凸缘上有凹槽的 TP-RAPM-013 肋以及利用三种差别几何形式的 TP-RAP-017 面板的囊探讨（图 2）。除了 ATC 坐蓐的 TP-RAPM-013 肋骨外，波音圣途易斯公司坐蓐了总共这些。ATC 修设公司的研发总监特雷弗·麦克雷（Trevor McCrae）说：“虽然这个零件是用 UD 胶带制成的，与织物比拟，UD 胶带凡是更难成型，但咱们不妨很好地成型这些零件。”。总的来说，TP 成型试验证明，冲压成型能够发作丰富的几何形式，而古板的压缩成型能够无法达成这一点。

　　九个已实行的试验 8（#0-8）发作了最高质料的局限，合键归因于预凝聚。从中提取的样品相符厚度（其他零件的题目）和层压质料，纤维体积为 59- 63%，缝隙率为 0-0.6%。

　　HITCO 碳纤维复合原料（美邦加利福尼亚州Gardena）和 SGL 复合原料的树脂灌注

　　开拓 C 通道器械门径是为了增众众个零件的灵敏性。将叠层安排正在底部器械上，将底部器械加热至原料的玻璃化更改温度（Tg）以仍旧柔韧性而不熔化。将包含压力密封垫圈的体积减小框架安排正在底部器械的顶部，留下一个略大于零件叠层的空腔（图 5）。从顶部器械通过囊向铺放施加热量和液压。一朝到达成形温度，就向囊状物施加氩气，迫使囊状物向下进入框排挤腔，从而向锥形坯件施加压力。然后，正在仍旧囊状物压力的同时，通过原料的熔融相抬高器械温 度，这防范了原料正在熔融相时流过下部器械。

　　另一个环节身分是纤维长度把握；95%的 IM7 纤维长 2.8 至 3.2 毫米（标称 3±0.2 毫米）。吉莱斯皮（Gillespie）诠释道：“你希冀纤维长度尽头相同，以优化呆板和成型机能，从而达成可反复的工艺。”。海德增加道，3 毫米的 IM7 纤维长度足以供应完美的机能转换，同时消浸成型压力和器械本钱。“无论纤维类型何如，咱们都能把握微观组织，”他说。亚拉加达增加道，“若是你有匀称的微观组织，那么你就有了全部匀称的相应，从而正在成形进程中得到相同的零件厚度。”

　　“咱们的短纤维和树脂之间再现出优秀的联合，这正在 2019 年 SAMPE 上公布的几篇论文中有报道。”

　　海德回到纤维本钱，并酌量了另一个身分：废物再应用。“若是你不需求过程认证的纤维，能够利用本钱较低的短纤维或再生纤维。”大大批再生纤维都是短纤维，由于热解和其他少许进程需求正在从抛弃预浸料和固化废物/报废零件中去除树脂之挺进行切碎。

　　UD-CCM 仍旧装置了一个 5 吨/年的中试工场， 坐蓐相接 TuFF 片材和预浸料以及定制坯料，这些坯料将用于其柔性修设单位，用于 0.9 乘 1.2 米（3 乘 4 英尺）的丰富形式零件。

　　三个修设开拓热固性（TS）预浸料部件正在英邦海诺的索尔维使用核心利用弹簧框架冲压和/或双隔阂成型（DDF- double diaphragm forming）修设。总共三个部件均利用基于苏维（Solvay）树脂的环氧预浸料修设，包含 CYCOM 5320-1、CYCOM 970 和 CYCOM EP-2750 航空航天体例。哈恩说：“CYCOM 5320-1 是咱们的热压罐外（OOA）零件的首选，但它也被用作热压罐的及格体例。”。“CYCOM 970 是一种溶剂预浸料与热熔预浸料的拔取，（CYCOM）EP-2750 是咱们的冲压成型体例，由于它针对工艺的物理和动力学举办了优化，咱们外明它能够坐蓐出最好的零件。”

　　波音公司元首的零部件试验物色了输液、压缩成型和热塑性复材，供应了履历教训和供应链拔取，以更好地与铝角逐。

　　测试了三个工艺参数，包含冷成型（无热预成型帘布层）、热脱泥预凝聚和预加热预成型件。冷成型被以为耗时且没有助助。对待预凝聚，将层压板用编织玻璃纤维通气器线°C 的烘箱中正在全线 分钟的剖释。虽然自愿红外预热是工业坐蓐的准绳，但正在这些试验中，预热包含将预成型件放入热模（179°C）中，并尽能够正在不接触的情形下闭合 3 分钟。然后对零件举办压缩成型。

　　高温也带来了热膨胀系数（CTE）的寻事。器械原料的 CTE 凡是与 TP 层压板差别，这会导致 TP 层压板从器械上减少，从而消浸施加的压力并防范全体凝聚。别的，TP 层压板 CTE 沿着碳纤维是恒定的，然而是笔直于纤维的双线性弧线。跟着 TP 层压板的加热和冷却，这会导致差别的平面内安闲面外减少，也应正在模具安排中加以处置。

　　正在发端测试中（睹下文），TuFF 显示出与UD 预浸料相似的机能，而且因为薄帘布层微观组织，与准绳IM7/8552 环氧树脂预浸料比拟，薄帘布层（60gsm/60 微米厚）IM7/PEI 原料的某些机能以至有所抬高。

　　 利用苏威（Solvay 复合原料英邦 Heanor 和美邦加利福尼亚州阿纳海姆。Fiber Dynamics（美邦堪萨斯州威奇托）和 Reinhold Industries（美邦加利福尼亚州圣达菲斯普林斯）

　　亚拉加达指出：“第三台呆板，用于预浸和定制坯料修设，大局限是现成的，然而为惩罚咱们的原料而定制的。”。“正在利用这台呆板之前，咱们连续正在利用树脂膜工艺，将堆叠的片材与树脂膜分层，半相接分度压力机的安排使咱们不妨修设预浸料坯或定制的热塑性坯料。”

　　另一个题目是，正在成型进程中，器械需求全体密封以容纳熔融的 TP 液体。哈恩说：“正在 375°C 至 390°C 的温度下密封器械是很繁难的，由于很少有符合的垫圈不妨惩罚 300 至 500 psi 或更高的温度和 TP造成压力。”。“咱们仅限于金属垫圈或般配的金属器械来供应密封功效。弹性器械将短长常有益的，但目前总共的弹性体都市正在 TP 成型温度下剖释。”

　　“低压预成型和 LP-RTM 应承使东西有本钱效益的器械（与钢比拟）：带有手动夹具的预成型器械由聚氨酯基 Raku tool 原料（RAMPF Tooling Solutions， Grafenberg，德邦）制成；固化器械由 5083 铝制成。

　　亚拉加达（Yarlagadda）说：“TuFF 策划旨正在处置几个环节寻事，包含何如修设直径较小的短碳纤维，使复合原料具有航空航天机能。”。“咱们的念法是转向低本钱的沥青前体，直接坐蓐短纤维，而不是切割相接纤维，旨正在抬高 IM（中等模量）碳纤维的机能。”该项目包含德雷塞尔大学（美邦宾夕法尼亚州费城）、弗吉尼亚理工学院和州立大学（美邦弗吉尼亚州布莱克斯堡）以及克莱姆森大学（美邦南卡罗来纳州克莱姆森）行为分包商，后者正在沥青纤维上实行大局限事情。

　　哈恩说：“咱们一入手就有如此的愿景，即以汽车服从达成航空航天机能。”。该项目与汽车复合原料和零部件修设商互助，包含苏威复合原料公司（Solvay-美邦佐治亚州 Alparetta）和 SGL 复合原料公司）（奥地利 Ried 和 Ort im Innkreis），但达成航空航天机能并不老是那么纯粹。汤姆·佐齐斯说：“虽然低温急迅固化环氧树脂很容易用于汽车使用，但它们还不行满意航空航天的请求。”。RAPM 确实利用了新的、急迅固化的、由两局限构成的环氧树脂，主意是航空航天级树脂灌注部件。然而，最初，SGL 的成型体例不行凌驾 130°C，这妨害了器械上到达 30 分钟时刻的主意。

　　波音圣途易斯公司需求新的器械，正在惟有笔直驱动的液压机中举办凝聚时，正在翼肋的笔直元件上发作水准压力。它的溶液是一个薄的铝囊状物（利用相仿的体例造成 TP-RAPM-003，图 5）。正在高温下用惰性氩气加压，正在凝聚进程中，气囊膨胀，对总共零件皮相施加匀称的压力。

　　亚拉加达诠释道：“这是一个具有寻事性的题目，由于你所看到的工艺与坐蓐相接纤维的工艺尽头差别。”虽然仍旧对克莱姆森沥青纤维的众次迭代举办了评估，但开拓和成熟沥青纤维本事还需求 DARPA TuFF 项目除外的格外事情。于是，本文给出的 TuFF结果是利用切割成短长度的商用相接 PAN 纤维达成的。下文将接头本钱影响。

　　与 ATC Manufacturing 股份有限公司（美邦爱达荷州波斯特福尔斯）和 TxV Aero（美邦罗德岛布里斯托尔）举办热塑性成型

　　由英邦布里斯托尔大学（Bristol）开拓的高机能不相接纤维（HiPerDiF）不妨利用一系列差别长度的碳纤维原料，从 1 毫米到 12 毫米长，这些原料悬浮正在水中，并从喷嘴浸积到基质上，以造成对齐的纤维预成型件。于是，与拉伸断裂碳纤维（SBCF）比拟，它们改进了纤维摆列，但据报道，67%的纤维位于单向±3度以内。TuFF 达成了 95%以上的纤维正在所需目标的 5度内摆列。

　　图 1：短纤维办法、长纤维机能和可成型性，可消浸零件本钱 DARPA 资助的 TuFF 策划的主意是供应一种通用原料，该原料能够定制以满意特定零件和策划的请求，但仍能使复合原料正在邦防使用中克服机加工铝小零件（10 公斤），假使商用飞机和汽车范畴的最新本事提高，复合原料的商场分泌率仍旧很小。

　　修设开拓试验利用了三种合键部件摆设：巩固面板（有两品种型）、带衬垫的肋骨（帘布层组织）和弯曲的 C 形通道。这些包括了航空航天零件的配合特点，能够会带来修设寻事：巩固面板具有众个平面外特点，加上衬垫向上、衬垫向下和笔直周围；肋板具有具有众个 90 度周围以及正在个中一个周围中有下陷；而且 C 形通道具有差别的外里半径、凸缘中差别的曲率和腹板中的铺层有明明消浸。

　　估量流修模用于更好地知道何如注入这些零件，说明工艺作为以优化原料和工艺参数，并评估注入场景。

　　瞄准进程与纤维材质无合，TuFF 预成型件是用航空航天级聚丙烯腈（PAN）碳纤维（比如 IM7、 T800）、沥青碳纤维、再生碳纤维、玻璃和陶瓷纤维修设的。具有1%缝隙和高达 63%纤维体积的层压板正在成型进程中再现出40%的双轴平面内应变技能，像金属不妨正在没有厚度变革或丰富铺层图案的情形下成型丰富几何形式。试点工艺线还显现了 TuFF 工艺废物纤维的闭环接受和再应用，主意是达成零废物修设。行为其复合原料优异奖（ACE）策划的一局限，TuFF 正在 2019 年 CAMX 上得到了美邦复合原料修设商协会（ACMA；美邦弗吉尼亚州阿灵顿）宣告的商场延长无尽能够性奖。

　　预成型轮回时刻包含囊状物和 TP 装料到达工艺温度的 55 分钟和冷却到 PEEK 结晶温度以下的 30 分钟。压力规模为 1.4 至 9.7 巴，并通过带阀门的高压罐手动撑持。跟着迩来正在 PtFS 事情站中参加压棒体例，压模腔内线 psi）的热压罐式把握将正在另日达成自愿化。