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文档简介
分析六种最常见复合材料成型加工工艺的优缺点
目录
1.序言.................................................................................................1
2.Prepreg/Autoclave(预浸料/高压釜)...................................................................3
3.Results:航空级......................................................................................4
3.1.等级:中级技能.................................................................................4
3.2.ResinTransferMolding(树月台传递模塑).........................................................6
4.Results:优秀的装饰品................................................................................6
4.1.技能等级:高技能...............................................................................6
4.1.1.ResinInfusion(树脂灌注).................................................................8
5.Results:消费品等级..................................................................................8
5.1.技能等级:中级技能............................................................................8
5.1.1.Prepreg/OvenCure(预浸料/烘箱固化)....................................................10
6.Results:消费品级...................................................................................10
6.1.技能等级:中级技能............................................................................10
6.1.1.PressMolding(模压成型)................................................................12
7.Results:高度可预测的结果..........................................................................12
7.1.技能水平:一般技能...........................................................................12
7.1.1.WetLayup(湿铺工艺)..........................14
8.Results:低等级.....................................................................................14
8.1.技能水平:低技能..............................................................................14
1.序言
在本文中将从Process、Results>Materials>Tooling、OperationCost^Equipment等6个方面
对复合材料常见加工工艺Prepreg/Autoclave(预浸料/高压釜)、ResinTransferMolding(RTM,
树脂传递模塑)、ResinInfusion(树脂灌注)、Prepreg/OvenCure(预浸料/烘箱固化)、Press
Molding(模压成型)和WetLayup(湿铺工艺)进行定性定量对比评价。
在6个方面进行定量评价时,以满分10分为最高分、0分为最低分进行考量;其中Process过
程考量主要涉及Cleanliness(清洁度)、Volatilerelease(挥发剂释放)等6个方面;Results考量
涉及Repeatability(可重复性)、Voidcontent(孔隙量)等10个方面;Materials考量涉及Cost
ofmaterials(材料成本)等4个方面;Tooling考量涉及Toolingcost(工具成本)等3个方面;
OperationCostLaborintensity(劳动强度)等3个方面;Equipment考量涉及Equipment
第1页共15页
expense(设备费用)等3个方面。
图1和表1中汇总了6种常见复合材料加工工艺定量考核的指标,下面将针对这6种常见工
艺进行一一评述。
ComparisonofMethods
PP/AUTORIRTMPP/OVENWetPRESS
Process
Results
Materials
Tooling碳纤维及其复白材料技方
图1常见6种复合材料定量评价
表1常见6种复合材料具体考量指标
第2页共15页
PP/ACRTMRIPP/OCWLPM
ProcessProcessScore(higherisbetter)8.74.86.78.72.36.7
CleanlinessMessy0<—>10Clean975919
Difficulty/SkillLevelDifficult0<—>10Easy423427
SeconcaryOps,trimmingetc.NcOps0<—>10MoreOps1011010103
VolatilereleaseOpenAir0<—>10None1010101003
ControlledcurecyclesNone0<—>10Controlled105510010
ControlledresincontentNone0<—>10Controlled947918
ResultsResultsScore(higherisbetter)9.27.46.78.12.08.0
CompactionNone0<—>10Best10556210
ComplexityofpartNone0<—>10Best895648
RepeatabilityNone0<—>10Best888729
VoidContentHigh0<—>10Low997719
FiberOrientationControlNone0<—>10Best10681015
ResinRichnessHigh0<—>10Low925909
RepeatableMechanicalPropertiesLow0<—>10High977919
ControlledWeightLow0<一>10High108910210
PorosityHigh0<—>10Low9108729
CoreCo-CuringBad0<—>10Good101051052
MateriakMaterialsScore(higherisbetter)1.66.26.41.68.63.0
ConsumablecostHigh0<—>10Low3923710
MinimumOrderQuantityofmaterialsHigh0<—>10Low166191
RoomtempcureresinsystemsLow0<—>10High05100100
CostofmatenalsHigh0<一>10Low368393
ShelflifeofmaterialsLow0<—>10High156181
ToolinqToolingScore(higherisbetter)3.35.36.73.36.05.0
AllsurfacesaretooledOne0<—>10Multiple5105527
ToolingCostHigh0<—>10Low315371
CTEissuesHigh0<—>10Low2510297
OperationCostOperationScore(higherisbetter)2.03.36.73.06.04.3
FacilityCostHigh0<—>10Low22648A
FacilityDedicationHigh0<—>10Low169292
LaborIntensityHigh0<—>10Low325317
EquipmentEquipmentScore(higherisbetter)0.34.78.33.79.70.7
EquipmentExpenseHigh0<—>10Low148392
DedicateduniqueequipmentHigh0<—>10Low0078100
PartlimitedtoequipmentsizeNone0<—>10High010100100
[AverageScore(higherisbetter)
PP/AC=Prepreg/Autoclave,RTM=ResinTransferMolding,RI«ResinInfusion,PP/OC=Prepreg/OvenCure,WL=WetLayup,PM-PressMolding
2.Prepreg/Autoclave(预浸料/高压釜)
第3页共15页
Prepreg/Autoclave
Process
EquipmentResults
Operation
Materials
Cost
碳纤维及其复台材料技才
Too|jng
3.Results:航空级
3.1.等级:中级技能
在质量方面,基于预浸料的结构件在高压釜中固化,使其具有特定的优势。该过程可以高度控
制,从而产生优异的结果。但主要挑战包括昂贵的材料、工具、运营成本和设备。
第4页共15页
PREPREG/AUTOCLAVE
ProcessProcessScore(higherisbetter)8.7
CleanlinessMessy0<—>10Clean9
Difficulty/SkillLevelDifficult0<—>10Easy4
SecondaryOps,trimmingetc.NoOps0<—>10MoreOps10
VolatilereleaseOpenAir0<一>10None10
ControlledcurecyclesNone0<—>10Controlled10
ControlledresincontentNone0<一>10Controlled9
ResultsResultsScore(higherisbetter)9.2
CompactionNone0<一>10Best10
ComplexityofpartNone0<—>10Best8
RepeatabilityNone0<一>10Best8
VoidContentHigh0<—>10Low9
FiberOrientationControlNone0<—>10Best10
ResinRichnessHigh0<一>10Low9
RepeatableMechanicalPropertiesLow0<—>10High9
ControlledWeightLow0<一>10High10
PorosityHigh0<一>10Low9
CoreCo-CuringBad0<一>10Good10
MaterialsMaterialsScore(higherisbetter)1.6
ConsumablecostHigh0<一>10Low3
MinimumOrderQuantityofmaterialsHigh0<■一>10Low1
RoomtempcureresinsystemsLow0<—>10High0
CostofmaterialsHigh0<一>10Low3
ShelflifeofmaterialsLow0<—>10High1
ToolingToolingScore(higherisbetter)3.3
AllsurfacesaretooledOne0<—>10Multiple5
ToolingCostHigh0<一>10Low3
CTEissuesHigh0<一>10Low2
OperationCostOperationScore(higherisbetter)2.0
FacilityCostHigh0<一>10Low2
FacilityDedicationHigh0<一>10Low1
LaborIntensityHigh0<—>10Low3
EquipmentEquipmentScore(higherisbetter)0.3
EquipmentExpenseHigh0<—>10Low1
DedicateduniqueequipmentHigh0<->IQ
None拓-%krKx"
Partlimitedtoequipmentsize
第5页共15页
3.2.ResinTransferMolding(树脂传递模塑)
ResinTransferMolding
Process
10
Tooling、二公顽纤维及其复合材科技才
4.Results:优秀的装饰品
4.1.技能等级:高技能
使用树脂传递模塑工艺制造的部件可以产生美丽的外观。但该过程确实需要高水平的技能,并
且所有表面都必须经过加T处理,优势之一是材料成本较低°
第6页共15页
RESINTRANSFERMOLDING
ProcessProcessScore(higherisbetter)4.8
CleanlinessMessy0<—>10Clean7
Difficulty/SkillLevelDifficult0<—>10Easy2
SecondaryOps,trimmingetc.NoOps0<—>10MoreOps1
VolatilereleaseOpenAir0<—>10None10
ControlledcurecyclesNone0<一>10Controlled5
ControlledresincontentNone0<—>10Controlled4
ResultsResultsScore(higherisbetter)7.4
CompactionNone0<—>10Best5
ComplexityofpartNone0<—>10Best9
RepeatabilityNone0<-->10Best8
VoidContentHigh0<—>10Low9
FiberOrientationControlNone0<—>10Best6
ResinRichnessHigh0<—>10Low2
RepeatableMechanicalPropertiesLow0<--->10High7
ControlledWeightLow0<■一>10High8
PorosityHigh0<—>10Low10
CoreCo-CuringBad0<—>10Good10
MaterialsMaterialsScore(higherisbetter)6.2
ConsumablecostHigh0<一>10Low9
MinimumOrderQuantityofmaterialsHigh0<—>10Low6
RoomtempcureresinsystemsLow0<--->10High5
CostofmaterialsHigh0<一>10Low6
ShelflifeofmaterialsLow0<—>10High5
ToolingToolingScore(higherisbetter)5.3
AllsurfacesaretooledOne0<—>10Multiple10
ToolingCostHigh0<—>10Low1
CTEissuesHigh0<—>10Low5
OperationCostOperationScore(higherisbetter)3.3
FacilityCostHigh0<—>10Low2
FacilityDedicationHigh0<—>10Low6
LaborIntensityHigh0<—>10Low2
EquipmentEquipmentScore(higherisbetter)4.7
EquipmentExpenseHigh0<—>10Low4
Dedicateduniqueequipment----------High0餐监”f
PartlimitedtoequipmentsizeNone0展
第7页共15页
4.1.1.ResinInfusion(树脂灌注)
ResinInfusion
Process
10
EquipmentResults
Operation
Materials
Cost
Tooling、七破纤经及其夏白,田抖宓i;
5.Results:消费品等级
5.1.技能等级:中级技能
使用树脂灌注制造部件将产生消费品级结果。如果有预算,这是一个很好的过程,因为入门成
木不高.树脂灌注不需要特殊的设施C
第8页共15页
RESININFUSION
ProcessProcessScore(higherisbetter)6.7
CleanlinessMessy0<—>10Clean5
Difficulty/SkillLevelDifficult0<—>10Easy3
SecondaryOps,trimmingetc.NoOps0<-->10MoreOps10
VolatilereleaseOpenAir0<—>10None10
ControlledcurecyclesNone0<—>10Controlled5
ControlledresincontentNone0<—>10Controlled7
ResultsResultsScore(higherisbetter)6.7
CompactionNone0<—>10Best5
ComplexityofpartNone0<—>10Best5
RepeatabilityNone0<—>10Best8
VoidContentHigh0<—>10Low7
FiberOrientationControlNone0<—>10Best8
ResinRichnessHigh0<—>10Low5
RepeatableMechanicalPropertiesLow0<—>10High7
ControlledWeightLow0<—>10High9
PorosityHigh0<—>10Low8
CoreCo-CuringBad0<—>10Good5
MaterialsMaterialsScore(higherisbetter)6.4
ConsumablecostHigh0<-->10Low2
MinimumOrderQuantityofmaterialsHigh0<—>10Low6
RoomtempcureresinsystemsLow0<—>10High10
CostofmaterialsHigh0<—>10Low8
ShelflifeofmaterialsLow0<--->10High6
ToolingToolingScore(higherisbetter)6.7
AllsurfacesaretooledOne0<—>10Multiple5
ToolingCostHigh0<—>10Low5
CTEissuesHigh0<—>10Low10
OperationCostOperationScore(higherisbetter)6.7
FacilityCostHigh0<—>10Low6
FacilityDedicationHigh0<—>10Low9
LaborIntensityHigh0<-->10Low5
EquipmentEquipmentScore(higherisbetter)8.3
EquipmentExpenseHigh0<—>10Low8
DedicateduniqueequipmentHigh0<—>10Lowa7•L-
曲电不
PartlimitedtoequipmentsizeNoneOvNC醺今阴药以具聂可河;
第9页共15页
5.1.1.Prepreg/OvenCure(预浸料/烘箱固化)
Prepreg/OvenCure
EquipmentResults
Operation
Materials
Cost
Tooling、化锻纤经及其叟白,同料宓i:
6.Results:消费品级
6.1.技能等级:中级技能
构建预浸材料结构件并在烘箱中固化,将为具有正确技术技能和设施的人员提供消费品级的结
果,其挑战主要包括昂贵的材料和大量的劳动力,但设备比高压釜便宜C
第10页共15页
PREPREG/OVENCURE
ProcessProcessScore(higherisbetter)8.7
CleanlinessMessy0<—>10Clean9
Difficulty/SkillLevelDifficult0<—>10Easy4
SecondaryOps,trimmingetc.NoOps0<—>10MoreOps10
VolatilereleaseOpenAir0<—>10None10
ControlledcurecyclesNone0<—>10Controlled10
ControlledresincontentNone0<—>10Controlled9
ResultsResultsScore(higherisbetter)8.1
CompactionNone0<—>10Best6
ComplexityofpartNone0<—>10Best6
RepeatabilityNone0<—>10Best7
VoidContentHigh0<—>10Low7
FiberOrientationControlNone0<—>10Best10
ResinRichnessHigh0<—>10Low9
RepeatableMechanicalPropertiesLow0<一>10High9
ControlledWeightLow0<—>10High10
PorosityHigh0<—>10Low7
CoreCo-CuringBad0<—>10Good10
|MaterialsMaterialsScore(higherisbetter)1.6
ConsumablecostHigh0<—>10Low3
MinimumOrderQuantityofmaterialsHigh0<-->10Low1
RoomtempcureresinsystemsLov-/0<—>10Hiah0
CostofmaterialsHigh0<—>10Lov?3
ShelflifeofmaterialsLow0<—>10High1
ToolingToolingScore(higherisbetter)3.3
AllsurfacesaretooledOne0<—>10Multipl5
ToolingCostHigh0<--->10Low3
CTEissuesHigh0<—>10Low2
OperationCostOperationScore(higherisbetter)3.0
FacilityCostHigh0<—>10Low4
FacilityDedicationHigh0<—>10Lov/2
LaborIntensityHigh0<—>10Low3
EquipmentEquipmentScore(higherisbetter)3.7
EquipmentExpenseHigh0<—>10Low3
——8」
DedicateduniqueequipmentHigh0<—>10Low
PartlimitedtoequfjnieritsizeNone0<-工」嫉等需及其复可正科技不
第11页共15页
6.1.1.PressMolding(模压成型)
PressMolding
Process
w
EquipmentResults
Operation
Materials
Cost
Tooling■「碳纤维及其夏餐材料宓i;
7.Results:高度可预测的结果
7.1.技能水平:一般技能
使用模压成型制造复合材料结构件是一个相对简单的过程,具有一般技能的人可以进行。它将
需要专用设施和昂贵的设备C除了高消耗外.昂贵的T具和材料也增加了成本C但是可以获得可预
测的结果,这对于大批量生产来说是理想的选择。
第12页共15页
PRESSMOLDING
ProcessProcessScore(higherisbetter)6.7
CleanlinessMessy0<—>10Clean9
Difficulty/SkillLevelDifficult0<—>10Easy7
SecondaryOps,trimmingetc.NoOps0<—>10MoreOps3
VolatilereleaseOpenAir0<—>10None3
ControlledcurecyclesNone0<—>10Controlled10
ControlledresincontentNone0<-->10Controlled8
ResultsResultsScore(higherisbetter)8.0
CompactionNone0<—>10Best10
ComplexityofpartNone0<—>10Best8
RepeatabilityNone0<—>10Best9
VoidContentHigh0<—>10Low9
FiberOrientationControlNone0<—>10Best5
ResinRichnessHigh0<—>10Low9
RepeatableMechanicalPropertiesLow0<--->10High9
ControlledWeightLow0<—>10High10
PorosityHigh0<一>10Low9
CoreCo-CuringBad0<—>10Good2
MaterialsMaterialsScore(higherisbetter)3.0
ConsumablecostHigh0<—>10Low10
MinimumOrderQuantityofmaterialsHigh0<—>10Low1
RoomtempcureresinsystemsLow0<—>10High0
CostofmaterialsHigh0<—>10Low3
ShelflifeofmaterialsLow0<—>10High1
ToolingToolingScore(higherisbetter)5.0
AllsurfacesaretooledOne0<-->10Multiple7
ToolingCostHigh0<—>10Low1
CTEissuesHigh0<—>10Low7
OperationCostOperationScore(higherisbetter)4.3
FacilityCostHigh0<—>10Low4
FacilityDedicationHigh0<—>10Low2
LaborIntensityHigh0<—>10Low7
EquipmentEquipmentScore(higherisbetter)0.7
EquipmentExpenseHigh0<—>10Low2
DedicateduniqueequipmentHigh0<—>10Low0
PartlimitedtoequipmentsizeNone0<---J滋疑酋应其复宣「材料技术
第13页共15页
7.1.1.WetLayup(湿铺工艺)
WetLayup
Process
10
Results
Materials
Tooling碳纤维及其复合材料及方
8.Results:低等级
8.1.技能水平:低技能
使用湿铺工艺制造复合材料结构件不会产生很好的效果,但它对初学者有好处,而且
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