Produzione in serie di componenti cavi strutturali complessi

L'interazione di design e ingegneria costituisce la base di un componente di successo. I progettisti Kiska e gli esperti di KTM Technologies utilizzano l'approccio dell'"Inside Out Design" per il portatarga della SuperDuke. I primi disegni a mano sulla carta costituiscono la base per il processo di sviluppo, partito in parallelo. Aspetti come l'ingombro, la soluzione di collegamento e la producibilità vengono tenuti in considerazione fin dall'inizio.

Per garantire la fattibilità del processo già in nelle prime fasi del progetto, gli ingegneri di IFB (Institut für Flugzeugbau, Istituto di costruzione aeronautica) dell'Università di Stoccarda hanno utilizzato diversi strumenti di simulazione. Dopo aver trasferito i primi schizzi nel software CAD, vengono fatte le simulazioni strutturali del componente, che ha fornito la prima stima del numero di processi di intrecciatura necessari. Questi risultati vengono utilizzati nella prima fase della simulazione dell'intrecciatura, che ha fornito informazioni sull'angolazione delle fiber e sulle possibili zone problematiche.

La parte centrale della tecnologia CAVUS è il nucleo in sabbia di Reinsicht (ex H2K Minerals). Per il "Project R.A.C.E.", il nucleo è stato messo a punto affinché resista a una temperatura di 330 °C e a una pressione di 500 bar. Il nucleo mostra le sue caratteristiche peculiari anche dopo l'infiltrazione dell'intrecciatura con la matrice. Il distacco dal componente viene effettuato con acqua pulita, senza grande dispendio energetico. Inoltre, la soluzione che ne deriva non è tossica. Grazie alla separazione indipendente dei componenti del nucleo, i componenti possono essere separati e riciclati in tutta semplicità. Così fino al 98% del nucleo è riutilizzabile, a seconda della combinazione di materiali.

L'applicazione di fiber è stata effettuata dall'Istituto di costruzione aeronautiva dell'Università di Stoccarda tramite alla tecnologia di intrecciatura. A questo proposito, il nucleo è stato fissato in un dispositivo di serraggio sul robot dell'impianto di intrecciatura e fatto passare attraverso una ruota di intrecciatura sulla base del percorso calcolato nella simulazione. Per il "Project R.A.C.E." è stato utilizzato un intrecciatore radiale Herzog RF 1/64-100. Il tessuto viene applicato sul nucleo con 64 fili da intrecciare, composti da 24k roving in fiber di carbonio. Lo spessore dei denti sul fusello determina quanto l'intreccio è stretto sul nucleo. Una forza di trazione di 600 grammi dei denti ha dato i risultati migliori per la flessibilità e la resistenza per l'intreccio biassale.

Il sistema a base di poliuretano VITROX® RTM 332 di Huntsman, utilizzato per il portatarga della SuperDuke 1290R, si contraddistingue per le incredibili proprietà meccaniche e l'eccellente lavorabilità. L'elevata resistenza all'urto e l'elasticità del materiale soddisfano i requisiti del componente. Importanti per il processo HP-RTM sono soprattutto le caratteristiche di lavorazione, perché il tempo di ciclo è fondamentale per la produzione in serie. Con un tempo "snap-cure" regolabile che va da meno di 30 secondi a 24 ore, con VITROX^® è quindi possibile realizzare anche tempi di ciclo estremamente brevi.

In particolare la qualità elevata e costante del componente è un argomento fondamentale che parla a favore dell'adozione del procedimento HP-RTM. Nel "Project R.A.C.E.", l'impianto è costituito da una macchina dosatrice Hennecke del tipo STREAMLINE e da una pressa a chiusura verticale del tipo Engel elast 400V compact. Grazie all'intensa collaborazione di Engel e Hennecke è possibile gestire l'intero processo tramite un impianto. Nell'impianto di dosaggio STREAMLINE vengono lavorati due componenti: poliolio e isocianato. Grazie alla regolazione della temperatura dell'intero impianto (incl. i pacchetti di flessibili), è garantita una temperatura costante attraverso il ricircolo dei componenti. Tramite una terza fune è inoltre possibile iniettare un agente distaccante omogeneizzato.

Per la miscelazione dei componenti, Hennecke punta sulla sua nuova testa di miscelazione MN10-3 RTM. Grazie al tubo di uscita conico con sensore pressione interna stampo, la testa di miscelazione ad alta pressione può essere impiegata anche per processi di aggancio semiautomatici. Per contrastare il restringimento dovuto alla polimerizzazione, lo stantuffo autopulente svolge inoltre la funzione di spingere idraulicamente in modo controllato la matrice durante l'indurimento. In questo modo è possibile ottenere superfici di ottima qualità. Un'altra particolarità della testa MN10-3 RTM è l'equipaggiamento di serie con gli ugelli a pressione costante brevettati. In questo modo si evita completamente il possibile impatto della pressione interna stampo sul processo di stampaggio dei componenti.

L'utilizzo di materiali plastici altamente reattivi con pressioni interne stampo fino al massimo a 200 bar risulta impegnativo a livello di tecnologia per gli stampi. Da un lato, lo stampo deve offrire tempi di stampatura elevati utilizzando fiber di carbonio abrasive e, dall'altro, deve garantire una superficie altamente lucida che rimane costante nel tempo. Grazie alle competenze dell'azienda costruttrice di stampi Persico di Nembro (Bergamo), è stato possibile venire incontro con successo alle esigenze del "Project R.A.C.E.". Con pressioni interne stampo medie pari all'incirca a 100 bar, anche l'impermeabilizzazione deve soddisfare requisiti elevati. Allo scopo è stato utilizzato un nuovo materiale di tenuta dell'azienda Murtfeldt. Murlock^®, una plastica termoplastica, offre un'elevata azione impermeabilizzante per diverse centinaia di cicli di processo. Rispetto alle tradizionali guarnizioni a cordone rotondo, il materiale è resistente ai danni dovuti ai materiali residui o alle fiber di carbonio e, inoltre, è chimicamente inerte nei confronti dei sistemi di resine reattive.

Il distacco del materiale del nucleo tramite acqua è una caratteristica peculiare della tecnologia CAVUS. L'aspetto particolare è che, nel processo, la sostenibilità è una priorità. Il nucleo può essere staccato dal componente senza l'uso di ulteriori solventi dannosi per l'ambiente. Dopo la separazione del componente sformato nei bordi di taglio, viene messo in un bagno d'acqua. La sabbia si deposita nella soluzione e può essere completamente riutilizzata per nuovi nuclei dopo l'essiccazione. Il legante che si trova nella soluzione può essere smaltito come acqua per usi industriali oppure essere addirittura utilizzato come fertilizzante nell'agricoltura. Dopo che la sabbia si è staccata dal componente, quest'ultimo può essere sottoposto alle normali fasi di postlavorazione dei componenti in compositi fibrorinforzati e quindi montati sul veicolo.