Minimizing thickness variation in the vacuum infusion (VI) process with 1D and 2D resin flows

Abstract

Vakum İnfüzyon (Vİ) yönteminde, kompozit parçanın kalınlığı reçine basıncı ile değişir, böylece üst kalıp parçası katı olmayan bir vakum torbası olduğu için sıkıştırma basıncı uzaysal kordinatların ve zamanın fonksiyonu olarak değişir. Düşük kalınlık toleranslı kompozit parça üretebilmek için reçine akışı ve elyaf sıkıştırlıması arasındaki bileşik etki bilinmelidir.Bir boyutlu deneyler için, reçine akışı yönünde basınç transdüsörleri ve temassız lazer deplasman sensörleri kullanılarak basınç ve kalınlık takip edildi. İki boyutlu deneyler için, kalınlık, haraket eden temassız lazer deplasman sensörü kullanılarak pek çok notkada kontrol edildi. Kalınlık varyasyonunu düşürmek için kapıları açmak/kapamak, dolum sonrası aşamada kapı basınçlarını değiştirmek, ve fazla reçineyi dışarı akıtmak gibi enjeksiyon parametreleriyle oynayarak kontrol aksiyonları alındı. Kontrol aksiyonları seçimi için önceki çalışmalardan elde edilmiş sıkıştırma/rahatlatma veritabanı kullanıldı. Bir boyutlu deneylerde, normal bir vakum infüzyon işlemi için maksimum kalınlık varyasyonu deneysel olarak %5.44 olarak bulundu. Benzer bir parçaya dolum sonrasında kontrol aksiyonları uygulandığında kalınlık varyasyonunun %0.34'e düştüğü gözlemlendi. İki boyutlu deneylerde kontrol aksiyonu uygulanmamış bir parça %34.3 maksimum kalınlık varyasyonu gösterdi. Kontrol aksiyonu uygulanan durumlarda en düşük kalınlık varyasyonu %7.3 olarak gözlemlendi.. Bu çalışmanın sonucu, kontrol aksiyonu uygulanarak elde edilen parçaların daha düşük kalınlık varyasyonuna sahip olduğunu göstermektedir. Kontrol aksiyonları, karakterizasyon deneylerinden elde edilmiş sıkıştırma ve geçirgenlik veritabanları kullanılarak seçilmelidir.

In the Vacuum Infusion (VI) process, the thickness of a composite part changes as the resin pressure, and thus the compaction pressure changes as a function of spatial coordinates and time since the upper mold part is a non-rigid vacuum bag. To manufacture composite parts with small tolerances in thickness, one must know the coupled effect between the resin flow and fabric compaction.For 1D experiments, pressure and thickness were monitored along resin flow using pressure transducers and non-contact laser displacement sensors. For 2D experiments, thickness was monitored at multiple points using a scanning non-contact laser displacement sensor. To decrease the thickness variation in the controlled version of the repeated VI experiments, some control actions were taken by adjusting the injection boundary conditions such as opening/closing injection gates and ventilation ports and changing their pressures in the post-mold filling stage. The control actions were taken based on an available decompaction database for the fabric type used in this study. For 1D experiments, of a conventional VI process, maximum percentage thickness variation was measured as 5.44%. By applying control actions in post filling stage, the maximum percentage variation was decreased to 0.34%. For 2D experiments, uncontrolled experiments yielded 34.3% maximum thickness variation. Controlled experiments had 7.3% maximum thickness variation. This study concludes that by applying control actions at post filling stage, composite parts with considerably reduced thickness variation can be manufactured. Control Actions must be taken based on compaction and permeability databases constructed in material characterization experiments.