飞机作为常用的交通工具,传统制造飞机的材料是钢材、铝合金和钛合金,随着碳纤维行业的发展,碳纤维复合材料将成为飞机制造的主要材料。
我们先来看看钢、钛合金、铝合金这三种材料。钢合金的强度非常大, -些对尺寸和强度要求都非常高的部件可以用它来制作,缺点是重太大,密度超过7.8g/cm3 ,现在提倡的是轻量、轻型,这点不符合要求。铝合金的重量很轻,密度只有2.8g/cm3 ,能减轻不少重量,但是它的强度很低,耐高温能力也不行,所以无法在飞机上大量使用。至于钛合金。它的性能确实不错,但是价格实在太昂贵,加工也比较麻烦。
如果将碳纤维使用在飞机上,不仅仅是起到减轻重这-一个作用 ,它在结构力学、化学性能等方面都有一般材料无法具 备的优势。它的强度很高,量很轻,化学性能稳定,能承受高温和低温,材料的稳定性特别好,不会随着环境的变化而变化。
为了降低自身重量,提高飞行速度和飞行时长,通常会选择钛合金来生产。随着新型材料研究的深入,碳纤维、玻璃纤维等复合材质的也相继问世。其中,碳纤维因为强度和刚性更高等特别,备受青睐。 碳纤维的生产工艺一直都比较繁琐,大量的生产环节都需要人力的投入,因此就有人提出来,是否可以通过全自动的方式,完成对碳纤维的生产,自此碳纤维跟3D打印开始有了联系。
3D打印的基材可以铝合金、软木、聚碳酸酯、钢、玻璃纤维、碳纤维和钛合金,其中铝合金的使用频次较高,钛合金成本太高,碳纤维难度较大。 相信很多人了解过3D打印碳纤维相关的资料,有通过3D打印环氧酯主体,搭配碳纤维蒙皮的方式,碳纤加工件生产公司,也有上面所说的真3D打印碳纤维主体部件的方式,这些与传统的手工设计和制作碳纤维的方式进行对比,可以发现精度和强度明显相差好几个档次。 传统手工碳纤维通过铺层、热压成型、脱模、粗磨、喷漆、精磨、检测等多道程序加工而成,碳纤加工件定做,其中热压成型采用高温热压技术,让碳纤维预浸料之间更加密实,大幅度提升强度和韧性,让碳纤维的使用寿命更长。对碳纤维有强度要求的企业,目前还是建议采用传统生产工艺的厂家。
先来看看钢、铝和钛合金这三种材料。相同体积下铝的重量轻,密度只有2.8g/cm3 ,但它的强度也是三者中的,耐高温能力也不太好。
钢材的强度很高,韧性也很好,那些对尺寸要求严格的部件都可以用钢材来制作,不过它的重量很大,密度是7.8g/cm3 ,碳纤加工件厂商,在力求减负减重飞机中不能使用过多。钛合金的重比铝重、比钢轻,强度、耐热性能等都不错,但价格太高。
再来看看碳纤维,碳纤维的种类很多,用在飞机上的都是T300、T800等材料。 碳纤维的密度为1.5g/cm3 ,只有铝重量的一半。飞机克服自身的重動才能飞起,自然是重量越轻越好,轻重量还能省去不少油耗。它的拉伸强度在1.5GMPa以上,耒阳碳纤加工件,比铝合部件高出几倍不止,和高强度的合金钢差不多,能承受强烈的外力摩擦和冲击。
举个例子,拿波音797 飞机来说吧,- -架 飞机使用23吨碳纤维代替其它材料,在整架飞机结构中占50%的话,重量足足能减轻15吨,可见碳纤维材料的优势。随着科技的发展,相信碳纤维材料的使用会越来越多,我们的生活也因它变的更美好。
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