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May 23, 2023

ウィリアムズ アドバンスト エンジニアリングは、223 と Racetrak という 2 つの革新的な CFRP テクノロジーを開発します。

Williams Advanced Engineering ha sviluppato due tecnologie innovative

ウィリアムズ アドバンスト エンジニアリングは、複合材料の手頃な価格の大幅な変化を約束する 2 つの革新的な技術を開発しました。 223 および Racetrak として知られるこれらのテクノロジーは、既存の複合材料ソリューションと同等のパフォーマンスを提供しますが、さまざまな追加の利点があり、主流のアプリケーションに手が届くコストで提供されます。

これらは単なる製造革新ではありません。これらは、炭素繊維強化ポリマー (CFRP) の製造、使用、リサイクルのあらゆる側面と、その特性によって新しいアプローチを可能にする方法に取り組む、エンドツーエンドの生涯にわたるソリューションです。車両の設計と製造。

CFRPは大きな期待がかかる素材です。 非常に高い強度重量比、優れた剛性、優れた耐疲労性と耐環境性により、さまざまな業界や用途にとって魅力的な選択肢となっています。

これは特に自動車業界に当てはまります。自動車業界では、ますます厳しくなる燃費と排出ガス目標を達成し、電気自動車に求められる航続距離をサポートするために軽量化が必要な主要ツールの 1 つとみなされています。 ただし、CFRP の利点は、鉄道車両から風力タービンに至るまで、多くの分野に広がっています。

これらの魅力的な利点、および自動車および航空宇宙産業による最近のプロセスの進歩にもかかわらず、多くの要因が CFRP の大量採用を妨げています。 その最大の要因はコストであり、従来の複合製造方法では高価な材料と長いプロセス時間が必要となります。

また、比較的高いスクラップ率（通常約 30%）が発生し、事前含浸された端材からカーボンを回収するという課題と、製品寿命の終わりに材料から価値を見出すという課題がさらに複雑になります。

これらの課題により、CRFP の適用は主にニッチな用途に限定されてきました。 たとえば、自動車分野では、従来の複合技術で製造された白のボディ構造は通常、スチールで製造されたものよりも約 60% 軽量ですが、コストは約 20 倍です。 これにより、その適用は、少量/高コストの車両、または車両メーカーが新技術に関する学習の一環としてプロセスに補助金を提供する車両に限定されてきました。

Williams Advanced Engineering のイノベーションは、これらの課題に対処して CFRP の利点を引き出すことを目的としています。

223 のイノベーションの核心は、織られた乾燥繊維強化シートと別に調製された樹脂マトリックスを統合するための、根本的に異なる (したがって機密事項となる) プロセスです。

223 プロセスは、2 次元の形状から 3 次元の複合構造を作成する費用対効果の高い手段として考案されました。 これは、電気自動車のバッテリー コンテナや、場合によっては完成車のモノコックなどの箱状の形状に適しています。

この名前は、このプロセスの特徴の 1 つに由来しています。通常、複合コンポーネントは最終的な形状にレイアップする必要がありますが、223 では、3 次元構造に折り畳まれる前に、パーツを最初に 2 次元コンポーネントとして作成することができます。

これは幅広い用途に役立ちます。 特に、223 は、現在多くの個別のコンポーネントから組み立てられており、取り付けにアクセスすることで時間とコストがかかる構造に適しています。 良い例は、自動車の白ボディです。これは通常、約 300 個の金属プレスで構成され、おそらく 600 種類の異なる工具を使用して作られます。 車のボンネットには 4 つの異なるプレス操作が必要な場合があります。 223 を使用すると、プレスの数を約 50 に減らすことができ、すべて 1 台の機械で作成できるため、金型への資本支出が大幅に削減されます。

同等のアルミニウム合金構造と比較して、白色の自動車ボディでは約 25 ～ 30% の軽量化が達成可能です。 223 を使用すると、従来の複合ソリューションよりも大量かつ低コストで提供できるようになります。 必要な強度が低い場合は、ガラス繊維などの低コストの材料を指定することでさらにコストを削減でき、また、靭性と耐熱性を高めるために代替樹脂を指定することもできます。

Racetrak は、自動車のウィッシュボーンや航空機の着陸装置のリンク アームなど、2 つ以上の点をリンクする非常に高強度の構造部材を作成するための新しいプロセスです。 この技術は実証済みの設計コンセプトに基づいており、一方向の材料 (この場合はカーボンファイバー) の連続ループが非常に高いフープ強度を提供します。

この非常に高い埋め込み強度の局所化により、大幅なコスト削減が可能になり、高度な自動化と組み合わせることで、従来の代替品よりも大幅に軽量なコンポーネントを手頃な価格で提供できるようになります。

自動車用途のウィッシュボーンの場合、完成品は同等の鍛造アルミニウム品よりも約 40% 軽く、スチールよりも最大 60% 軽く、高級アルミニウム鍛造品と比べてコスト競争力が高くなります。

Racetrak パーツは 3 つの主要コンポーネントで構成されています。低コストの不織布バルク素材のコア、一方向カーボンファイバーのループ、そしてその両側にあるダイカット織ファイバーシートで作られた保護シェルです。 製造は完全に自動化されており、一方向ループがロボットによって巻き取られ、正確で再現性のあるカスタマイズされたファイバー配置が作成されます。 次に、この強化材料プリフォームを乾燥した状態でツールに置き、軽い成形圧力を加えて取り外し可能なカートリッジを作成します。

これを工業用プレスに置き、そこで真空を適用し、加熱された金型に樹脂を注入します。 この条件下では、樹脂が硬化するまでに約 90 秒かかります。 その後、カートリッジがマシンから排出され、新しいカートリッジがロードされます。

現在、サイクルタイムはわずか 120 秒で、このプロセスを使用した 1 台のプレス機で年間 500,000 ユニット以上を生産できます。

ウィリアムズ アドバンスト エンジニアリング FW-EVX 電気自動車プラットフォームのコンセプト。 FW-EVX は、Racetrak や 223 を含むさまざまな新しいアプローチを単一の高度に統合されたソリューションに統合し、効果的で手頃な価格の電気自動車の課題に対処する、将来の電気自動車プラットフォームのビジョンです。

投稿日: 2019 年 3 月 9 日 カテゴリー: 製造, 材料, 軽量化 | パーマリンク | コメント (2)