Tailored fiber placement
टेलर्ड फाइबर प्लेसमेंट (टी. एफ. पी.) एक कपड़ा निर्माण तकनीक है जो मिश्रित घटकों के लिए रेशेदार सामग्री के निरंतर प्लेसमेंट के लिए सिलाई के सिद्धांत पर आधारित है। रेशेदार सामग्री को आधार सामग्री पर ऊपरी और निचले सिलाई धागे से लगाया जाता है। अन्य कपड़ा निर्माण प्रक्रियाओं की तुलना में फाइबर सामग्री को दबाव अनुकूलित समग्र भागों को बनाने के लिए आधार सामग्री पर वक्ररेखीय पैटर्न में शुद्ध आकार के पास रखा जा सकता है। इतिहास टी. एफ. पी. तकनीक को 1990 के दशक की शुरुआत में आई. पी. एफ. ड्रेसडेन द्वारा पेश किया गया था। शुरुआत में हस्तनिर्मित सिलाई सुदृढीकरण संरचनाओं (प्रीफॉर्म) का निर्माण एक वक्ररेखीय पैटर्न के साथ तनाव अनुकूलित फाइबर-प्रबलित प्लास्टिक (एफआरपी) भागों के बारे में एक उद्योग जांच द्वारा शुरू किया गया था। उन स्वचालित सिलाई क्षमताओं का उपयोग करके औद्योगिक कढ़ाई मशीनों के लिए इस विधि का एक अनुकूलन, 90 के दशक के मध्य में लागू किया गया था। तकनीक को टेलर्ड फाइबर प्लेसमेंट नाम दिया गया था, जो परिवर्तनीय अक्षीय निकट-शुद्ध आकार के फाइबर प्लेसमेंट क्षमताओं का वर्णन करता है। आजकल, टेलर्ड फाइबर प्लेसमेंट पहले से ही कई कंपनियों में निर्माता टी. ए. जी. आई. एम. ए. द्वारा टी. एफ. पी. मशीनों को लागू करने वाले ड्राई प्रीफॉर्म निर्माण के लिए एक अच्छी तरह से स्थापित कपड़ा तकनीक है। प्रौद्योगिकी का सिद्धांत परिधान कपड़ा उद्योग में उपयोग की जाने वाली कढ़ाई मशीनरी के आधार पर, मशीनों को आधार सामग्री पर फाइबर रोविंग सामग्री जमा करने और सिलाई करने के लिए अनुकूलित किया गया है। रोविंग सामग्री, ज्यादातर सामान्य कार्बन फाइबर, लगभग 3,000 से 50,000 तंतुओं तक लागू की जा सकती है। एकल रोविंग के स्थान पर लगातार प्रीफॉर्म का उत्पादन किया जाता है। एक स्पूल से खींची गई घूमने वाली सामग्री को एक पाइप द्वारा निर्देशित किया जाता है जो सिलाई सुई के सामने स्थित होती है। रोविंग पाइप और फ्रेम, जहां आधार सामग्री को लगाया जाता है, सुई की स्थिति के सापेक्ष एक ज़िगज़ैग सिलाई करने के लिए सिंक्रनाइज़ किए गए चरणबद्ध तरीके से आगे बढ़ते हैं। रोविंग स्पूल, पाइप और सुई से लैस सिलाई का सिर मनमाने ढंग से 360 डिग्री घूम सकता है। प्रत्येक सिलाई के दौरान ऊपरी धागे को आधार सामग्री के माध्यम से खींचा जाता है और निचले धागे के स्पूल के चारों ओर घुमाया जाता है। इसलिए एक डबल बैकस्टिच किया जाता है। वर्तमान में, प्रति मिनट 800 टांके लगाए जा सकते हैं। आधार सामग्री एक 2डी-वस्त्र हो सकती है जैसे कि बुना हुआ या गैर-बुना हुआ कपड़ा या थर्मोप्लास्टिक यौगिकों के लिए एक मैट्रिक्स-संगत पन्नी सामग्री। सिलाई पथ को या तो शास्त्रीय डिजाइन कढ़ाई सॉफ्टवेयर की मदद से या हाल ही में 2डी-सीएडी प्रणालियों के उपयोग से एक पैटर्न के रूप में डिजाइन किया जा सकता है। इसके बाद तथाकथित पंच सॉफ्टवेयर की मदद से सिलाई की स्थिति की आवश्यक जानकारी को पैटर्न में जोड़ा जाता है और अंत में टी. एफ. पी. मशीन में स्थानांतरित कर दिया जाता है। टी. एफ. पी.-प्रिफॉर्म्स की घुसपैठ पारंपरिक प्रसंस्करण तकनीकों जैसे राल स्थानांतरण मोल्डिंग, वैक्यूम बैग मोल्डिंग, प्रेसिंग और ऑटोक्लेव मोल्डिंग के साथ की जा सकती है। थर्मोप्लास्टिक यौगिकों के मामले में मैट्रिक्स सामग्री और सुदृढीकरण तंतुओं को एक साथ रखा जा सकता है जैसे। फिल्म या फाइबर के रूप में। आधार सामग्री तब एक थर्मोप्लास्टिक पन्नी हो सकती है जो समेकन प्रक्रिया के दौरान पिघल जाती है और मैट्रिक्स का हिस्सा बन जाती है। यह प्रकार गहरे खींचे गए टी. एफ. पी.-पूर्वरूपों के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त है। टी. एफ. पी. प्रौद्योगिकी के लाभ नेट-शेप विनिर्माण लागत और मूल्यवान सुदृढीकरण फाइबर की बर्बादी को कम करता है, जैसे। कार्बन फाइबर-स्वचालित जमाव से फाइबर की मात्रा और अभिविन्यास की उच्च सटीकता और पुनरावृत्ति सुनिश्चित होती है-कई शीर्षों वाली टी. एफ. पी. मशीनों को उचित उत्पादकता प्राप्त करने के लिए लागू किया जा सकता है; प्रत्येक शीर्ष एक ही पूर्वरूप में समक्रमित तरीके से निर्माण कर रहा है-अत्यधिक तनाव अनुकूलित समग्र भागों के निर्माण के लिए फाइबर को मनमाने ढंग से उन्मुख किया जा सकता है-कार्बन, कांच, बेसाल्ट, अरामिड, प्राकृतिक, थर्मोप्लास्टिक, सिरेमिक फाइबर और धातु के धागे जैसे विभिन्न प्रकार के फाइबर को अन्य टुकड़े टुकड़े तकनीकों की तुलना में टी. एफ. पी. का उपयोग करके एक पूर्वरूप अनुकूलन के भीतर लागू और जोड़ा जा सकता है-अनुकूलन एकः अपशिष्ट सामग्री को कम करें कई पारंपरिक कार्बन फाइबर समग्र निर्माण तकनीकों की प्रमुख सामग्री लागतों में से एक, जिसमें बड़ी मात्रा में उत्पन्न अपशिष्ट सामग्री शामिल है। कार्बन फाइबर बुनी हुई सामग्री का उपयोग करने वाली कई हाथ बिछाने की प्रक्रियाओं में, अपशिष्ट सामग्री आसानी से उपयोग किए गए कार्बन के कुल वजन का 50 प्रतिशत या उससे अधिक हो सकती है। यह अपशिष्ट उत्पन्न होता है क्योंकि मैट्रिक्स सामग्री के साथ गर्भाधान से पहले कपड़े को काटा जाता है। प्रसंस्करण के बाद के चरणों के दौरान यौगिक के ठीक होने के बाद अतिरिक्त अपशिष्ट उत्पन्न होता है जहां आकार को और परिष्कृत किया जाता है। तैयार फाइबर प्लेसमेंट अपशिष्ट सामग्री को कम करने और इस तरह सामग्री की लागत को अनुकूलित करने की अपनी क्षमता में अद्वितीय है। टो सामग्री के मार्ग को नियंत्रित करके क्योंकि इसे वांछित ज्यामिति में सिलवाया जाता है, सामग्री को केवल वहीं रखा जाता है जहां अंतिम प्रीफॉर्म में इसकी आवश्यकता होती है। कपड़े के जिन क्षेत्रों को पारंपरिक टुकड़े टुकड़े में काटना पड़ता है, उन्हें बिना सिलाई के छोड़ दिया जाता है। यह प्रक्रिया बुने हुए कपड़ों को काटते समय उत्पन्न होने वाले प्रारंभिक अपशिष्ट को कम करती है और जटिल ज्यामिति के अनुरूप होने की क्षमता के कारण प्रसंस्करण के बाद के अपशिष्ट को कम करती है। अनुकूलन दोः संकर कार्बन फाइबर और कांच फाइबर संयोजन पारंपरिक टुकड़े टुकड़े की प्रक्रियाओं की एक अतिरिक्त कमी सामग्री को उनके संयुक्त लाभों से लाभान्वित करने के लिए तेजी से मात्रा में बदलने में असमर्थता है। तैयार फाइबर प्लेसमेंट इन बहु-सामग्री संयोजनों को जल्दी और प्रभावी ढंग से बनाने की एक विधि है। उदाहरण के लिए, जब किसी हिस्से पर संरचनात्मक विश्लेषण किया जाता है, तो यह पता लगाया जा सकता है कि उस हिस्से को केवल स्थानीय कठोरता वाले क्षेत्रों की आवश्यकता होती है। इस मामले में, कार्बन फाइबर, उच्च कठोरता के अपने गुणों के साथ, उच्च कठोरता की आवश्यकता वाले भाग के क्षेत्रों और ज्यामिति पर बिल्कुल रखा जा सकता है। पूरे हिस्से को अत्यधिक कठोर कार्बन फाइबर से भरना लागत-कम होगा, खासकर जब कुछ स्थानों पर उस कठोरता की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, लागत को और कम करने के लिए, कार्बन फाइबर कठोर ज्यामिति के आसपास के क्षेत्र जिन्हें उच्च कठोरता की आवश्यकता नहीं होती है, उन्हें कम लागत वाली सामग्री जैसे ग्लास फाइबर या यहां तक कि भांग फाइबर से भरा जा सकता है। टेलर्ड फाइबर प्लेसमेंट इन सामग्री परिवर्तनों को निर्बाध रूप से होने देता है। अनुकूलन तीनः ट्यूनेबल फाइबर संरेखण और ज्यामितीय दर्जी-क्षमता एक बार डिजाइन को अनुकूलित करने के लिए अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट का उपयोग करने के सबसे बड़े लाभों में से एक है, यह सटीक रूप से नियंत्रित करने की क्षमता है कि कार्बन फाइबर के प्रत्येक टो को डिजाइन में कहाँ रखा गया है। यह कम्पोजिट डिजाइनर को अतिरिक्त सामग्री की आवश्यकता को कम करते हुए सामग्री के गुणों को और अधिक अनुकूलित करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, लागू किए गए भार का पूरी तरह से प्रतिरोध करने के लिए कार्बन फाइबर के जटिल टो पथ पर कढ़ाई की जा सकती है। रेशों को उनके प्रमुख दबावों के साथ संरेखित करके, अतिरिक्त सामग्री का उपयोग किए बिना अतिरिक्त यांत्रिक सहायता प्रदान की जाती है। आगे के अनुकूलन चुनिंदा रूप से छिद्रों और गोलाकार ड्रिल बिंदुओं को मजबूत करके हो सकते हैं। पारंपरिक टुकड़े टुकड़े डिजाइन में, ये छेद उपयोग किए गए बुने हुए कपड़े की ऑर्थोगोनल प्रकृति के कारण दरार प्रसार के क्षेत्रों के रूप में काम कर सकते हैं। अनुकूलित फाइबर प्लेसमेंट का उपयोग प्रभावी प्रारंभिक दरार प्रसार स्थानों को कम करने वाले वक्ररेखीय पैटर्न के साथ इन छेदों के आसपास चुनिंदा रूप से मजबूत करने के लिए किया जा सकता है। यह छेद के स्थान पर एक पतली सामग्री के लिए अनुमति दे सकता है, और यहां तक कि संभावित रूप से धातु सुदृढ़ीकरण वॉशर को हटाने की भी अनुमति दे सकता है। अनुकूलन चारः ट्यूनेबल स्थानीयकृत मोटाई एक और दिलचस्प अनुकूलन जो कार्बन फाइबर कंपोजिट में अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट का उपयोग करते समय हो सकता है, किसी दिए गए क्षेत्र में प्रक्रिया की ट्यूनेबल मोटाई का उपयोग करता है। पारंपरिक लैमिनेट डिजाइन में, कार्बन फाइबर कंपोजिट की मोटाई समान मानी जाती है। हालांकि, अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट में इस तरह की ऊंचाई प्रतिबंध नहीं है। अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए मोल्डिंग और फिक्स्चर के संयोजन में, कार्बन फाइबर प्रीफॉर्म अत्यधिक जटिल और विविध ज्यामिति में स्थानीय मोटाई बना सकते हैं। शास्त्रीय किरण सिद्धांत में, एक आयताकार किरण के लिए जड़ता के क्षण की गणना इस प्रकार की जा सकती हैः जहां आधार (बी) लंबाई की तुलना में जड़ता के क्षण पर सामग्री (एच) की ऊंचाई का घन प्रभाव दिखाया जाता है। इसका मतलब है कि ऊंचाई के स्थानीय क्षेत्रों को अनुकूलित फाइबर प्लेसमेंट के साथ बनाया जा सकता है जो उस स्थान पर झुकने का बेहतर प्रतिरोध करने में मदद कर सकता है। यह अनुकूलन अन्य समग्र प्रक्रियाओं की तुलना में समान, यदि बेहतर नहीं है, तो थोक सामग्री गुणों को प्राप्त करने के लिए सामग्री के उपयोग में कमी की अनुमति देता है। जेडएसके ऐसी मशीनें प्रदान करता है जो 8 मिमी मोटी तक रेशे रख सकती हैं। यह औसतन 50 के कार्बन फाइबर रोविंग की लगभग 8 परतों तक जाता है। यह मोटाई प्रीफॉर्म भाग की पूरी सतह पर समान हो सकती है या अतिरिक्त भौतिक विवेक यांत्रिक समर्थन के लिए चुनिंदा रूप से प्रमुख संरचनात्मक क्षेत्रों में रखी जा सकती है। अनुकूलन पाँचः आने वाली रेशेदार सामग्री पारंपरिक मिश्रित टुकड़े टुकड़े के निर्माण की कमियों में से एक थर्मोसेट राल को ठीक से ठीक करने के लिए आवश्यक लंबा चक्र समय हो सकता है। प्रसंस्करण के समय को कम करने के लिए नई सामग्री, जिसे कमलिंग फाइबर कहा जाता है, बनाई गई है। आने वाले रेशों में, एक कार्बन फाइबर टो में अतिरिक्त थर्मोप्लास्टिक मैट्रिक्स सामग्री होती है जिसे सीधे इसकी फाइबर संरचना में जोड़ा जाता है। इन आने वाली सामग्रियों को अन्य अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट समग्र सामग्री के समान ही सिलवाया जा सकता है। हालांकि, चक्र प्रसंस्करण समय को तेजी से कम करने के लिए इन पूर्वरूपों को गर्म प्रेस में जल्दी से थर्मोसाइकिल किया जा सकता है। राल स्थानांतरण मोल्डिंग का उपयोग करने वाली पारंपरिक थर्मोसेट समग्र सामग्री को एक टुकड़े को ठीक से सेट करने और ठीक करने के लिए 30 मिनट से 40 घंटे के बीच की आवश्यकता हो सकती है। आने वाली सामग्री के अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट से सुदृढ़ीकरण फाइबर और मैट्रिक्स सामग्री दोनों को एक ही प्रीफॉर्म में रखने की अनुमति मिलती है। जैसे ही प्रीफॉर्म को गर्म किया जाता है, तरल मैट्रिक्स को सीधे कार्बन फाइबर में वितरित किया जाता है जिससे उचित रूप से गीला किया जा सकता है। आने वाले रेशों के अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट अतिरिक्त रेजिन की आवश्यकता को समाप्त करता है और सामग्री की लागत को काफी कम कर सकता है। इसके अतिरिक्त, आने वाले चरण के दौरान वांछित फाइबर से आयतन अंश बनाया जाता है, जिससे समूह से समूह तक समग्र सामग्री की एकरूपता बढ़ जाती है। अंत में, ये आने वाले फाइबर यौगिक अपने जीवन चक्र के अंत में नए रूपों में फिर से पिघलने की क्षमता के कारण एक अधिक टिकाऊ कार्बन फाइबर यौगिक की दिशा में एक कदम हैं। एक अन्य महत्वपूर्ण प्रक्रिया अनुकूलन जो अन्य समग्र प्रक्रियाओं की तुलना में अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट के साथ होता है, उत्पादन मशीन के लिए मशीन के किसी भी अतिरिक्त पुनः उपकरण के बिना अपने उत्पादन को एक डिजाइन से पूरी तरह से अलग डिजाइन में तेजी से बदलने की क्षमता है। यह उसी मशीन को सुबह की पाली में कार के पुर्जों के उत्पादन से दोपहर की पाली में खेल उपकरण में निर्बाध रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति दे सकता है। इसके अतिरिक्त, अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट एक ही मशीन को एक समय में एक प्रोटोटाइप डिजाइन का उत्पादन करने की अनुमति दे सकता है ताकि एक प्रक्रिया की जांच की जा सके और अतिरिक्त सामग्री को बर्बाद किए बिना इसका निवारण किया जा सके, एक साथ एक पूर्ण उत्पादन रन बनाया जा सके। उत्पादन क्षमता के लिए यह तेजी से प्रोटोटाइपिंग, एक मशीन के लिए कई अलग-अलग प्रकार और भागों की ज्यामिति को तेजी से चलाने की क्षमता के साथ संयोजन में, एक ही मशीन पर अधिक बहुमुखी परियोजनाओं को चलाने की अनुमति देता है। यह हर बार एक नया डिज़ाइन उत्पन्न होने पर एक नई मशीन स्थापित करने की लागत को कम करता है। अंत में, संक्षेप में प्रस्तुत कार्बन फाइबर कंपोजिट के लिए अनुकूलन के छह तरीके पारंपरिक समग्र प्रक्रियाओं की तुलना में अनुरूप फाइबर प्लेसमेंट के कुछ लाभों को दर्शाते हैं। यह आशा की जाती है कि इन अनुकूलन विधियों का संयोजन, कार्बन फाइबर सामग्री की लागत को कम करने की प्रवृत्ति के साथ, सर्वव्यापी और अत्यधिक इंजीनियर सामग्री के एक नए वर्ग को ईंधन दक्षता जैसे उपभोक्ता उपयोग के मामलों में और सुधार करने की अनुमति देगा। संरचनात्मक भागों के लिए अनुप्रयोग टी. एफ. पी. प्रौद्योगिकी विशिष्ट मिश्रित घटकों या सुदृढीकरण के अनुरूप पूर्वरूपों के निर्माण की अनुमति देती है। अनुप्रयोग औद्योगिक रोबोटों के लिए अत्यधिक त्वरित हल्के भागों या संपीड़कों के लिए ब्लेड से लेकर सी. एफ. आर. पी. विमान भागों तक होते हैं, जैसे। एनएच-90 हेलीकॉप्टर, मोटर वाहन संरचनाओं और साइकिल के पुर्जों के लिए आई-बीम। स्व-ताप उपकरण और घटकों के लिए टी. एफ. पी. एक विद्युत ताप तत्व के रूप में कार्बन रोविंग का उपयोग एम्बेडेड हीटिंग परतों के साथ समग्र संरचनाओं के निर्माण की संभावना प्रदान करता है। हीटिंग पैटर्न के डिजाइन में उच्च लचीलेपन के कारण समग्र रूप से लगभग समान गर्मी वितरण प्राप्त किया जा सकता है। अनुप्रयोगों के संदर्भ में ठोस मिश्रित सांचों में अंतर्निहित यह तकनीक राल समेकन और ऑटोक्लेव से बाहर की प्रक्रियाओं में बाइंडर सक्रियण के लिए बहुत फायदेमंद है। मिश्रित सांचे निर्मित मिश्रित भागों के समान गर्मी विस्तार गुण दिखाते हैं। सामान्य धातु के सांचों की तुलना में मिश्रित उपकरणों का कम तापीय द्रव्यमान एफ. आर. पी. भागों के निर्माण चक्र को छोटा करने और उत्पादन प्रक्रिया के लिए ऊर्जा की आवश्यकता को कम करने में मदद करता है। इसके अलावा टी. एफ. पी. हीटिंग तत्वों को विमानों के सी. एफ. आर. पी. विंग संरचनाओं या पवन मिलों के ब्लेड में एंटी-और डी-आइसिंग कार्यों के लिए लागू किया जा सकता है। इलास्टोमेरिक हीटिंग बैग में अंतर्निहित टी. एफ. पी. संरचना समग्र भागों के निर्माण या मरम्मत प्रक्रियाओं पर लागू की जा सकती है। संदर्भ बाहरी लिंक आई. पी. एफ. ड्रेसडेन लेस्टिच टेक्नोलॉजीज में अनुकूलित फाइबर प्लेसमेंट-स्वचालित अनुकूलित फाइबर प्लेसमेंट मशीन और समाधान समग्र सामग्री निर्माण तकनीक