Vải đa trục có thể đơn giản hóa và tăng tốc quá trình sản xuất các bộ phận composite không?

Trong lĩnh vực sản xuất vật liệu composite, ngoài yếu tố "hiệu suất", thì hiệu quả và độ nhất quán ngày càng trở nên quan trọng. Các loại vải một chiều truyền thống và vải dệt theo kiểu dệt thường/dệt chéo đã đạt đến mức độ trưởng thành cao về hiệu suất. Tuy nhiên, những thách thức vẫn tồn tại trong các quy trình tạo hình thực tế, bao gồm các thủ tục xếp lớp phức tạp, phụ thuộc nhiều vào lao động thủ công và chu kỳ sản xuất kéo dài. Do đó, vải đa trục ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như năng lượng gió, hàng không vũ trụ, giao thông đường sắt và các bộ phận cấu trúc công nghiệp cao cấp. Điều này đặt ra câu hỏi: Liệu vải đa trục thực sự có thể đơn giản hóa và tăng tốc quá trình sản xuất các chi tiết composite hay không?

Vải đa trục về bản chất giải quyết vấn đề gì?

Vải đa trục tích hợp các sợi được định hướng ở nhiều góc khác nhau—chẳng hạn như 0°, ±45° và 90°—vào một lớp cấu trúc duy nhất thông qua quy trình dệt kim chiều dọc trong một lần duy nhất.
Khác với các loại vải truyền thống có tính định hướng một chiều, vốn yêu cầu "nhiều lớp", vải đa trục đạt được thiết kế định hướng cơ học kết hợp ngay từ giai đoạn vật liệu.
Điều này có nghĩa là:

(1) Khả năng chịu tải theo nhiều phương về mặt cấu trúc không còn phụ thuộc vào việc xếp lớp phức tạp.
(2) Triết lý thiết kế chuyển từ "xếp chồng các lớp" sang "tích hợp cấu trúc".

Từ góc độ sản xuất: Điều này làm đơn giản hóa quy trình như thế nào?

Trong sản xuất thực tế, những thay đổi do vải đa trục mang lại rất trực quan.

→ Các bước xếp lớp được giảm đáng kể.

Điều trước đây đòi hỏi nhiều lớp vải một chiều được xếp lặp đi lặp lại ở các góc chính xác giờ đây có thể thực hiện chỉ với một hoặc vài lớp vải đa trục. Việc này không chỉ giảm số bước thao tác mà còn hạn chế sai số về góc do xếp thủ công.

→ Hiệu suất tạo hình cao hơn

Trong các quy trình như RTM, VARTM và ngấm chân không, vải đa trục mang lại độ ổn định cấu trúc vượt trội, chống dịch chuyển và nhăn nheo. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc thấm nhựa nhanh và đồng đều—đặc biệt có lợi đối với các chi tiết quy mô lớn.

→ Dễ kiểm soát hơn tính nhất quán của quy trình

Khi các góc sợi đã được "cố định" ngay từ giai đoạn vải, hiệu năng sản phẩm trở nên ổn định hơn. Điều này hỗ trợ sản xuất quy mô lớn và sao chép chất lượng một cách nhất quán.

Liệu nó thực sự có thể "rút ngắn" thời gian sản xuất?

Câu trả lời là: Có, trong các ứng dụng linh kiện cấu trúc.

Mặc dù chi phí vật liệu trên mỗi mét vuông có thể cao hơn so với vải thông thường, nhưng tổng chi phí sản xuất cho thấy:

(1) Thời gian xếp lớp thủ công giảm

(2) Tỷ lệ sửa chữa và phế phẩm thấp hơn

(3) Chu kỳ chiếm dụng khuôn ngắn hơn

Sau khi tính toán toàn diện, hiệu suất giao hàng trên mỗi linh kiện cấu trúc thực tế cao hơn. Đây là lý do chủ chốt khiến vải đa trục được áp dụng rộng rãi trong cánh tuabin gió và các linh kiện cấu trúc dạng vỏ.

Việc lựa chọn vật liệu đang định hình lại các phương pháp sản xuất

Đối với các chi tiết có kích thước nhỏ sản phẩm , những chi tiết có hình học cực kỳ phức tạp hoặc yêu cầu độ nhám bề mặt cụ thể, các loại vải truyền thống vẫn mang lại lợi thế về tính linh hoạt.

Tuy nhiên, vải đa trục thể hiện giá trị nổi bật trong các tình huống sau:

(1) Các bộ phận kết cấu chịu lực

(2) Các chi tiết compozit quy mô lớn, thành mỏng

(3) Sản xuất số lượng lớn đòi hỏi độ nhất quán và hiệu quả

Vải đa trục không chỉ đơn thuần là một sự thay thế vật liệu — chúng làm thay đổi toàn bộ tư duy thiết kế và sản xuất các bộ phận compozit. Chúng cho phép đạt được độ bền cấu trúc ngay từ giai đoạn vật liệu, nhờ đó quá trình sản xuất quay trở lại với hiệu quả và khả năng kiểm soát.

Đối với các nhà sản xuất compozit đặt ưu tiên vào hiệu quả, độ ổn định và khả năng mở rộng, vải đa trục đang dần chuyển mình từ một "lựa chọn" thành "lựa chọn được ưu tiên".