Czy tkaniny wieloosiowe mogą uprościć i przyspieszyć produkcję elementów kompozytowych?

W dziedzinie produkcji materiałów kompozytowych oprócz „wydajności” coraz większą wagę przybierają efektywność i spójność. Tradycyjne tkaniny jednokierunkowe oraz tkaniny o przędzach prostych i skośnych osiągnęły wysoki poziom dojrzałości pod względem wydajności. Jednak w rzeczywistych procesach formowania nadal występują wyzwania, takie jak złożone procedury układania warstw, duża zależność od pracy ręcznej oraz długie cykle produkcyjne. W związku z tym tkaniny wielokierunkowe są coraz częściej stosowane w energetyce wiatrowej, przemyśle lotniczym i kosmicznym, przewozach kolejowych oraz w wysokiej klasy elementach konstrukcyjnych przemysłowych. Powstaje pytanie: Czy tkaniny wielokierunkowe rzeczywiście mogą uprościć i przyspieszyć produkcję elementów kompozytowych?

Jakiego problemu tkanina wielokierunkowa właściwie dotyczy?

Tkanina wielokierunkowa integruje włókna ułożone pod różnymi kątami — takimi jak 0°, ±45° i 90° — w jedną warstwę strukturalną poprzez dzianinę wzdłużną w pojedynczym procesie.
W przeciwieństwie do tradycyjnych tkanin jednokierunkowych, wymagających „wielu warstw”, tkaniny wieloosiowe umożliwiają zaprojektowanie połączonej orientacji mechanicznej już na etapie materiału.
Oznacza to:

(1) Konstrukcyjne nośnictwo obciążeń wielokierunkowych nie opiera się już na złożonym warstwowaniu.
(2) Filozofia projektowania przesuwa się od „nakładania warstw” do „integracji konstrukcyjnej".

Z perspektywy produkcji: w jaki sposób upraszcza ona proces?

W rzeczywistej produkcji zmiany wprowadzone przez tkaniny wieloosiowe są bardzo intuicyjne.

→ Etapy układania (layup) są znacznie skrócone.

To, co wcześniej wymagało ułożenia wielu warstw tkanin jednokierunkowych pod precyzyjnymi kątami, można teraz osiągnąć przy użyciu jednej lub zaledwie kilku warstw tkanin wieloosiowych. Nie tylko zmniejsza to liczbę czynności operacyjnych, ale także minimalizuje błędy kątowe powstające podczas ręcznego układania.

→ Wyższa wydajność formowania

W procesach takich jak RTM, VARTM i infuzja próżniowa wieloosiowe tkaniny zapewniają wyższą stabilność strukturalną, zapobiegając przesuwaniu się i marszczeniu się materiału. Umożliwia to szybkie i jednolite przesykanie żywicy – szczególnie korzystne przy produkcji dużych elementów.

→ Łatwiejsza kontrola spójności procesu

Ponieważ kąty włókien są „zablokowane” już na etapie tkaniny, właściwości produktu stają się bardziej stabilne. Dzięki temu możliwe jest skalowanie produkcji oraz powielanie spójnej jakości.

Czy rzeczywiście może ona „przyspieszać” produkcję?

Odpowiedź brzmi: Tak – w zastosowaniach elementów konstrukcyjnych.

Choć cena materiału za metr kwadratowy może być wyższa niż u tradycyjnych tkanin, całkowite koszty produkcji wykazują:

(1) Skrócenie czasu ręcznego układania warstw

(2) Obniżenie wskaźnika prac ponownych i odpadów

(3) Skrócenie cykli zajmowania formy

Po kompleksowych obliczeniach okazuje się, że wydajność dostawy przypadająca na pojedynczy element konstrukcyjny jest faktycznie wyższa. Jest to kluczowy powód, dla którego wieloosiowe tkaniny są szeroko stosowane w łopatkach turbin wiatrowych oraz w elementach konstrukcyjnych typu obudowa.

Wybór materiału przekształca metody produkcji

Dla małych rozmiarów pRODUKTY , tych o skrajnie złożonej geometrii lub wymagających określonych tekstur powierzchniowych, tradycyjne tkaniny nadal oferują zalety w zakresie elastyczności.

Jednak tkaniny wieloosiowe wykazują wyjątkową wartość w następujących przypadkach:

(1) Elementy konstrukcyjne przenoszące obciążenia

(2) Duże, cienkościenne części kompozytowe

(3) Produkcja masowa wymagająca spójności i wydajności

Tkaniny wieloosiowe to więcej niż tylko zastąpienie jednego materiału innym – przekształcają logikę projektowania i produkcji elementów kompozytowych. Pozwalają osiągnąć integralność konstrukcyjną już na etapie materiału, umożliwiając przywrócenie efektywności i kontrolowalności procesu produkcyjnego.

Dla producentów materiałów kompozytowych, dla których priorytetem są wydajność, stabilność i skalowalność, tkaniny wieloosiowe przekształcają się z „opcji” w „preferowaną wybór”.