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3D 编织复合材料:提花织机 2.0

创新

赛峰设计和开发的 3D 编织复合材料技术使我们能够制造更坚固且更轻的零件。这是一项重大创新,在提高新型 LEAP 商用飞机发动机的性能方面发挥了关键作用,其燃料消耗比前代减少 15%。

The 3D-woven composite technology designed and developed by Safran enables us to make stronger and lighter parts. This is a major innovation, and plays a key role in improving the performance of the new LEAP commercial airplane engine, which consumes 15% less fuel than its predecessor.

最先进的技术背后

我的伙伴们对我说:Patrick,既然你要去里昂参加灯光节,你一定要去看看‘纺织工人之家’(Maison des Canuts),这是一个展示 19 世纪丝织工生活的博物馆。那里有最具传奇色彩的提花织机,你甚至可以看到其中一台还在运转中。”

现在这一切都让我着迷,因为我是位于 Commercy(法国东部洛林地区)的 Safran Aéro Composite 工厂的工程师。我们使用 3D 编织复合材料和树脂传递成型 (RTM) 工艺制造新的 LEAP 发动机的风扇叶片和外壳,延续了这种有数百年历史的编织工艺,但加入了现代的改良。

因此,在参加魔幻般的灯光表演之前,我带上 12 岁的儿子 Paul 来参观这座位于 Croix-Rousse 街区的博物馆。我之前已向保罗解释过,“纺织工人之家”是世界上少数几个可以看到运转中的机械提花织机的地方之一。这种机器是 Joseph-Marie Jacquard 在 1801 年发明的,由一名工人即可操作–是当时纺织产业的一场革命!

 

发明、再造……创新

你在博物馆看到的第一台机型清楚地标明了它的年龄。导游介绍说,这位里昂土生土长的杰出发明家,其主要目标之一是限制童工,因为那时父母经常要求孩子在非常艰难的条件下与他们一起工作。提花织机使用基于穿孔卡的早期编程系统来创建非常复杂的模式。正如导游告诉我们的,“一些历史学家认为,这种机器实际上是当今计算机和机器人的祖先。”

此时,我对保罗低声说:“你看,这就像我所做的工作一样。我们也使用织造技术为新的 LEAP 发动机制造零件。”这似乎让儿子对我产生了新的兴趣。停了一下之后,他问:“那你们发明了什么?”很难用几句话来回答这个问题,但我尽力而为。

“赛峰只是简单应用了你眼前的这台神奇机器的原理。在某种程度上,这款老式提花织机可以说是我们今天使用由赛峰工程师发明的专利 3D 编织技术来制造复合材料发动机零件的机器的祖先。”

 

世界上唯一的同类制造工艺

在描述了这些织机多年来在技术上的改进之后,导游邀请我们观看演示。巨大的织机让我想起了 Commercy 工厂超现代机器的遥远祖先,我们的机器使用 3D 编织复合材料制成了新一代 LEAP 发动机的风扇叶片和外壳。这些新零件大大减轻了重量,由此降低燃料消耗和减少氮氧化物 (NOx)。

不断交织的线让我想起了我们自己的 3D 编织 RTM(树脂传递成型)复合材料制造工艺,该工艺是与在工业织造领域有 50 多年经验的美国 Albany International 公司合作设计的。我们在博物馆看到的和我们自己的工厂非常相似,成千上万的纤维织造成特定的图案,以赋予零件某些品质,使其符合规格。要制作单个风扇叶片,我们需要七公里长的纤维(约 4-1/2 英里)!虽然导游夸耀这些老式织机能够以多快的速度制成各种五颜六色图案的织物,但我仍不禁想起我们在自己的工艺中节省了多少时间,这都要归功于自动化和数字化。如今,从预制件的原始设计到开始织造只需要几天时间,而以前使用手动方法需要好几个月。

 

崭露头角的新应用

复合材料代表了航空航天行业的巨大转变。它们集强度和轻巧于一身,为提高发动机效率做出了重要贡献。与传统金属叶片相比,这些 3D 编织 RTM 复合材料叶片可以大大减轻重量–每架飞机减重约 500 公斤(相当于 1,100 磅)!下一步是将这些材料的使用扩大到机械或热应力较大的飞机发动机零件,例如压缩机。

回到博物馆礼品店,我问儿子,

“Paul,你想参观我的工厂,看看我们是怎么做的吗?

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  • © Adrien Daste / Safran