Formgebungsverfahren für Drohnen aus Kohlefaserverbundwerkstoffen
Bei der Entwicklung und Herstellung von Drohnen aus KohlefaserverbundwerkstoffenDie strukturelle Elastizität und die Steifigkeitsverteilung werden häufig durch Anpassung der Legewinkel und der Anzahl der Materialschichten erreicht. Kohlefaserverbundwerkstoffe gehören zu den am häufigsten verwendeten Verstärkungsmaterialien in Drohnen und werden in der Regel in drei Formverfahren hergestellt.
Vakuum-Sackformverfahren
Im Vergleich zum Autoklavverfahren ist das Vakuumbeutelverfahren einfacher, erfordert geringere Anfangsinvestitionen und ist mäßig einfach zu bedienen. Es bietet jedoch einen geringeren Druck und eignet sich daher nur für Verbundwerkstoffteile mit weniger strengen Qualitätsanforderungen, wie Sandwichstrukturen mit Wabenstruktur und Laminate mit einer Dicke von bis zu 1,5 mm. Aufgrund seines Kostenvorteils ist dieses Verfahren in der Herstellung von Drohnen mit geringer Geschwindigkeit weit verbreitet und deckt den Produktionsbedarf der meisten Teile für kleine, langsam fliegende Drohnen.
In der Praxis werden beim Vakuum-Beutelgießen Verfahren wie Prepreg-Layup oder Nass-Layup eingesetzt. Die Nassverlegemethode ist anfällig für vom Menschen verursachte Unregelmäßigkeiten, wie z. B. ungleichmäßiger Harzauftrag, insbesondere bei Sandwichstrukturen. Eine unsachgemäße Bürstrichtung kann auch zu Faserverformungen führen und die Stabilität des hergestellten Bauteils beeinträchtigen. Durch die Verwendung von Prepreg-Layup werden diese Probleme wirksam entschärft und die Stabilität des Bauteils erhöht.
Autoklaven-Formprozess
Das Autoklavieren ist ein hochleistungsfähiges Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen. Für Drohnen, die eine hohe Geschwindigkeit erfordern, werden häufig Verbundstoffkomponenten und primär tragende Strukturen mit diesem Verfahren hergestellt. Autoklavgeformte Kohlefaserverbundwerkstoffteile weisen eine hervorragende innere Qualität, einen gleichmäßigen Harzgehalt und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf.
Das Gießen im Autoklav hat jedoch auch Nachteile. Es stellt hohe Anforderungen an die Ausrüstung, was zu erheblichen Anfangsinvestitionen und Verarbeitungskosten führt und es weniger wirtschaftlich macht. Bei Projekten mit beschränktem Budget werden oft Niedertemperatur- und Niederdruckverfahren bevorzugt. Hinzu kommt, dass beim Autoklavgießen der Harzfluss, die Wärmeübertragung, die chemische Vernetzung und die Hohlraumbildung zusammenwirken, was die Komplexität der Prozesssteuerung erhöht. Fehler können zu Defekten wie Harzmangel oder hoher Porosität führen.
Um die Qualität von Drohnenbauteilen zu gewährleisten, ermöglicht die Simulation der Kinetik, des Harzflusses und der Wärmeübertragung während des Autoklavierens eine präzise Steuerung der Druck- und Temperaturkurven auf der Grundlage von Modelldaten.
Formpressen-Verfahren
Das Formpressen ist für die Herstellung von Schaumstoff-Sandwich-Verbundbauteilen gut geeignet. Es kombiniert die Vorteile des Autoklav- und Vakuumbeutelverfahrens und bietet eine hohe Produktionseffizienz, einen hohen Formdruck, moderate Investitionen in die Ausrüstung und eine gute Kosteneffizienz. Drohnensteuerflächen mit Schaumstoffsandwichstrukturen werden in der Regel mit diesem Verfahren hergestellt. Bei der Herstellung von Drohnenflügeln aus Kohlefasern gewährleistet das Formpressen die Qualität der Flügeloberfläche und die Präzision der Tragflächen, wodurch die Qualität der Drohnenherstellung insgesamt verbessert wird.
Schlussfolgerung
Der Einsatz von Kohlefaserverbundwerkstoffen ist ein wichtiger Trend im Drohnenbau, der die Anforderungen an Reichweite, Flugdauer, Flughöhe, Kosten und Tarnkappe effektiv erfüllt. Die Optimierung des Strukturdesigns und der Herstellungsprozesse für Drohnen aus Kohlefaserverbundwerkstoffen ist entscheidend. Ersteres hängt von den Bemühungen der Drohnenkonstrukteure ab, während letzteres kontinuierliche Innovationen bei der Entwicklung und Anwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen erfordert.
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