A new production methodology for vacuum infusion process of advanced composite structures

Abstract

Vakum İnfüzyon Prosesi (VİP), özellikle havacılık, otomotiv, rüzgar enerjisi ve gemicilik sanayilerindeki büyük ölçekli kompozit parçaların üretimi için otoklav dışı işlemlerde yaygın olarak kullanılan Sıvı Kompozit Döküm (LCM) bazlı üretim yöntemlerinden biridir. İnfüzyon işlemini doğru şekilde simüle etmek için preformun geçirgenliği önemli bir parametredir. Herhangi bir standardın olmaması nedeniyle, bir preformun düzlemsel geçirgenliğinin doğru olarak belirlenmesi oldukça zordur. Bu çalışmanın ilk hedefi, tek bir doğrusal infüzyon kullanarak asal geçirgenliklerin hesaplanması için bir yaklaşım geliştirmektir. Geçirgenlik ölçümü için sunulan bu yönteme göre, önce üç farklı yön için aynı anda preform geçirgenliği elde edilmekte ve bu değerler kullanılarak asal geçirgenlikler belirlenmektedir. Sonuçların tekrarlanabilirliği ve alışılmışın dışındaki reçine dolum biçimleri bu sürecin uygulamalarında karşılaşılan temel zorluklardır. Bu durumun nedenleri arasında; kumaşların heterojen yapısının neden olduğu sorunları, infüzyon sırasında katmanların üstüste binmesini ve süreç kalitesinin el becerisine bağımlılığını saymak mümkündür. Her ne kadar infüzyon sürecinin bilgisayarla simülasyonu sayesinde bazı zorlukların bir ölçüde üstesinden gelinmesi mümkün olsa da, istenmeyen infüzyon durumlarının tahmin edilmesi için bazen bu yaklaşım bile çözüm olamayabilmektedir. Bu nedenle mükemmele yakın dolum işlemini garantilemek için gerçek zamanlı bir reçine akış kontrolü gereklidir. Bu tezin bir diğer amacı, reçine akış kontrolünün gerçek zamanlı olarak yapılmasıdır. Elektromanyetik Endükleme ile Preformun Rahatlatılması (EIPR) olarak adlandırılan bu özel reçine akış kontrol yaklaşımı ile, yeni ve yaratıcı bir üst esnek kalıp kullanarak, preformun geçirgenliğinin lokal ve gerçek zamanlı olarak artırılabileceği gösterilmiştir. Bu işlem deneysel ve sayısal olarak gösterilmiştir. Sonuçlar bu çalışmada sunulan yöntemin güvenilirliğini ve etkinliğini göstermektedir.

Vacuum Infusion Process (VIP) is one of the Liquid Composite Molding (LCM) methods which are widely used in out-of-autoclave processes especially for the manufacturing of large scale composite parts in aerospace, automotive, wind energy and marine industries. In order to simulate the infusion process, the permeability of preforms is an essential parameter. Absence of any standard is a challenge for the determination of in-plane permeabilities of a preform. The first objective of this study is to develop an approach to estimate the principle permeability from a single rectilinear infusion. The presented method for permeability measurement is able to obtain preform permeability in three different directions, simultaneously and allows the calculation of the principle permeability. The repeatability of results and unusual resin filling patterns are the main challenges of this approach. It is due to the heterogeneous nature of fabrics, nesting the layers during the molding and the process over-dependency on the labor skill. Although, the simulation of the process can overcome some of the process challenges to some extent, it may not be helpful for the undesirable filling scenarios. Therefore, a real-time resin flow control may guarantee a near-perfect filling process. Another objective of this study is the resin flow control in real time. The specific resin flow control approach named here as Electromagnetically Induced Preform Resting (EIPR) introduces a new creative upper flexible mold for resting the preform to increase the permeability of preforms locally in a real time manner. This process is demonstrated experimentally and numerically. The results show the reliability and efficiency of the presented method.