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3D编织复合材料:提花织机2.0

赛峰设计和开发的3D编织复合材料技术,可以使零部件变得更轻质、更牢固。这是一项重要的创新,对提升新一代LEAP商用飞机发动机的性能起到关键的作用。LEAP发动机的油耗与其前任发动机相比降低15%。

赛峰设计和开发的3D编织复合材料技术,可以使零部件变得更轻质、更牢固。这是一项重要的创新,对提升新一代LEAP商用飞机发动机的性能起到关键的作用。LEAP发动机的油耗与其前任发动机相比降低15%。

Safran Albany

高精尖技术背后的故事

我的好朋友对我说:"帕特里克,既然要去里昂看灯节,不妨顺便逛逛‘丝绸工人之家博物馆',感受一下19世纪丝绸工人的生活。那里是最著名的提花织机收藏馆之一,你甚至还可以看到一台正在工作的机器。"

不得不说,我确实被这个提议吸引了,因为我是赛峰复合材料研究中心科梅尔西工厂(位于法国东部的洛林大区)的一名工程师。我们在生产新一代LEAP发动机的风扇叶片和机匣时,采用了3D编织复合材料和RTM(树脂传递模塑成型)技术,其中就涉及到了这项拥有百年历史的编织工艺,只不过我们采用了现代的方法。

于是,在去观看魔幻灯光秀之前,我带着12岁的儿子保罗参观了这家位于红十字山的博物馆。去之前,我就告诉儿子,"丝绸工人之家博物馆"是世界上为数不多的能够看到机械式提花织机现场工作的地方。这台织机由约瑟夫·玛丽·雅卡尔于1801年发明,单人即可操作——在当时绝对是一场工业性的革命!

发明,再发明……创新

博物馆展出的第一件模型显然是有些年代的了。讲解员介绍说,雅卡尔是一位杰出的发明家,出生在里昂。他发明织机的主要目的之一就是为了解放童工。因为当时很多孩子都由父母带领着,在极其艰苦的条件下一起工作。他发明的提花织机利用穿孔卡片来编织复杂的图案,可以算是一套早期的编程系统。正如讲解员所说: "有些历史学家认为,这件模型就是现代计算机和机器人的前身。"

在这个时候,我悄悄地对保罗说:"你看,这和我的工作很像。我们也是利用编织技术来制造新一代LEAP发动机的零部件。" 听了我的话,儿子似乎对我的工作有了些兴趣。他想了想,问我:"那你们发明了什么?" 这可不是三言两语能说得清的,不过我还是尽力总结了一下。

简单地说,赛峰就是利用你眼前这台织机的原理。从某种意义上来说,这台织机是我们今天所用的机器的祖先。我们在其基础上,采用由一位赛峰工程师发明的3D编织专利技术,就可以制造出发动机的复合材料零部件了。

全世界独一无二的制作工艺

讲解员向我们介绍了织机技术的发展史,然后带我们参观了样机展示。这台巨大的织机让我想到科梅尔西工厂中那些超级现代的机器的早期雏形。今天,我们在那些超级现代的机器上利用3D编织复合材料来制造新一代LEAP发动机的风扇叶片和机匣。这些新型的零部件能够在减轻重量的同时,减少燃油消耗和氮氧化物(NOx)排放。

7
千米
仅一扇叶片就需要使用7千米长的纤维

不断交织的丝线也让我想到了我们的3D编织RTM(树脂传递模塑成型)复合材料制造工艺。这项工艺是我们和美国奥尔巴尼国际公司(Albany International)合作设计的。。奥尔巴尼国际公司在工业编织领域拥有50多年的丰富经验。我们在这家博物馆所看到的跟我们自己的工厂很像。在赛峰,我们用数千条纤维编织成特定的图形,以此制造的零部件能够具备特定的性能,达到特定的标准。仅一扇叶片就需要用到7千米长(约4.5英里)的纤维!当讲解员骄傲地提到这些老式机器可以在短短几个月的时间内完成一件色彩丰富、图案多样的织物时,我不禁感叹赛峰自动化和数字化工艺的惊人速度。如今,从预成型件的初步设计到编织工作的启动,只需要几天时间,比手工时代动辄几个月的周期实在快太多了!

广阔的应用前景初见端倪

复合材料将给航空工业带来巨大的改变。它们同时具备轻质和牢固的优点,能够大大提升发动机的效率。3D编织RTM复合风扇叶片比传统的金属叶片要轻得多——每架飞机大约可以减少500公斤(1100磅)的重量!我们的下一步工作是将这些材料运用于机械应力或热应力更大的发动机部件上,比如压气机。

在博物馆的礼品店里,我问儿子:

嘿,保罗,想不想去老爸的工厂转转,看看我们是怎么工作的?

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