Toray gab bekannt, dass es gelungen ist, eine neue Fertigungstechnologie für CFK zu entwickeln, die sowohl verbesserte Maßhaltigkeit als auch Energieeinsparungen ermöglicht. In Zukunft wird Toray diese neue Technologie weiter reifen lassen und sie hauptsächlich für Flugzeuganwendungen einsetzen, die kontinuierlich eine höhere Produktivität und mehr Energieeinsparungen erfordern. Darüber hinaus soll diese Technologie auch für Automobil- und allgemeine Industrieanwendungen von Nutzen sein und zur Entwicklung von CFK-Werkstoffen beitragen.
Wie Toray erklärt, wird CFK normalerweise in einem Autoklaven (Hochtemperatur- und Hochdruckofen) oder einem Ofen hergestellt, in dem Prepreg (Zwischenmaterial in Plattenform) auf eine Form mit vorbestimmter Form gelegt wird und das Harz im Prepreg durch Erhitzen ausgehärtet wird Luft für die Herstellung. Die herkömmliche Herstellungstechnologie hat den Nachteil, dass aufgrund der ineffizienten Wärmeübertragung von erhitzter Luft und der großen Wärmekapazität der Form lange Zeit zum Aufheizen und Aushärten benötigt wird.
Toray weist darauf hin, dass es auch ein Problem mit der Maßhaltigkeit des zu lösenden Teils gibt, insbesondere bei einem großen, komplex geformten Teil mit variabler Dicke von Ort zu Ort. Dies liegt an der Schwierigkeit, die Temperaturverteilung im Teil zu kontrollieren, was wiederum veränderliche Restspannungen erzeugen und das Teil manchmal erheblich verformen kann. Aus diesem Grund ist während der Endmontage mehrerer Teile, wie beispielsweise des Hauptflügels eines Flugzeugs, durch manuelles Einfügen von Füllmaterialien, die als Unterlegscheiben bezeichnet werden, ein umfangreicher Arbeitsaufwand erforderlich, was zu einer längeren Montagezeit als bei der Herstellung führt.
Die neu entwickelte Fertigungstechnologie bietet nach Angaben des Unternehmens eine Lösung für das Problem mit einer Reihe von eingebetteten Plattenheizern auf der Oberfläche des Mods, so dass jeder Heizer einzeln gesteuert wird. Durch den direkten Kontakt mit den Heizelementen wird das unter Vakuum stehende Teil effektiv erwärmt, wodurch Energie eingespart werden kann. Die Steuerung einzelner Heizelemente und die Ermöglichung einer optimalen Wärmeverteilung an jeder Stelle sorgen für gleichmäßige Restspannungen im gesamten gefertigten Teil. Als Ergebnis kann das Teil so nah an der ursprünglichen Konstruktion mit minimalen Maßabweichungen und Abmessungen hergestellt werden, dass das oben erwähnte Problem gelöst wird, und es wird erwartet, dass die Arbeitskosten und die Dauer der Teilemontage reduziert werden.
Um dieses Heizsystem effektiv zu steuern, führte Toray ein gemeinsames Forschungsprogramm mit der Ehime University und der Tokyo University of Science durch, um Simulationstechnologien zur Vorhersage der Teileverformung und zur Optimierung der Heizertemperatur zu etablieren. Toray kombinierte sie zu einem Programm zum Entwerfen von Heizbedingungen, die die Herstellungszeit und Maßfehler der Teile effektiv minimieren würden. Toray installierte ein Prototypenfertigungsgerät und führt derzeit Demonstrationsversuche durch.
Die Fertigung eines großen CFK-Teils für Flugzeuge mit konventionellen Autoklaven, Öfen etc. dauert je nach Bauteilform und -abmessung etwa neun Stunden. Durch die neu entwickelte Fertigungstechnologie soll die Fertigungszeit hingegen auf etwa vier . verkürzt werden Std. Darüber hinaus erreicht diese Technologie eine Energieeinsparung von rund 50 Prozent gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren, da Druck- und Heizmedien wie erwärmte Luft entfallen. Es wird auch erwartet, dass es aufgrund der verbesserten Maßgenauigkeit bei der Herstellung Zeit beim Zusammenbau für Korrekturarbeiten mit Unterlegscheiben spart.
