항공 주간 네트워크는 160년 전통의 부품 제조업체로 업계의 중요한 성능 요구 사항을 충족하는 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공하는 그린, 트위드 앤 코의 트래비스 미즈와 세바스티앙 콜러를 초청해 대담을 진행했습니다.

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웨비나 보기 항공 산업의 혁신을 위한 열가소성 플라스틱 복합재 도입

Q AW: 항공우주 제조에서 불연속 장섬유(DLF) 복합재의 장점은 무엇인가요?

A TM: GT의 불연속 장섬유(DLF) 열가소성 복합재 Xycomp의 주요 장점 중 하나는 고도로 자동화된 압축 성형 공정으로 복잡한 형상과 항공우주 애플리케이션을 위한 대량 생산을 모두 지원한다는 점입니다. GD&T 표준을 준수하는 고품질 부품을 반복적으로 생산할 수 있으며, 동일한 팔레트에서 여러 부품을 처리하여 작업자의 개입을 최소화하면서 처리량을 늘릴 수 있습니다. 그린 트위드는 이 공정 전반에 걸쳐 재료 충전 계량, 프레스 및 금형 처리, 자동 섬유 배치(AFP) 보강 및 코봇 디버링과 같은 고급 기능을 포함한 추가 자동화를 도입하고 있습니다. 이를 통해 수작업은 줄이면서 품질, 처리량, 안정성은 높일 수 있습니다. 이 공정은 알루미늄 부품에 비해 최적화 정도에 따라 30~50%의 무게 절감 효과를 제공하는 동시에 정교하고 고도로 가공된 부품의 비용 경쟁력을 유지합니다.

A SK: DLF 복합재는 형상 복잡성은 높지만 기계적 특성이 낮은 사출 성형과 우수한 특성을 제공하지만 복잡한 형상에 대한 드레이핑 기능이 제한된 기존 연속 섬유 복합재 사이의 훌륭한 중간 지점 역할을 합니다. DLF는 일반적으로 준등방성 레이업의 강성은 약 75%, 강도는 절반에 불과합니다. 따라서 복잡한 모양의 금속 부품, 특히 가공된 알루미늄 부품을 대체하는 데 이상적입니다. 일반적인 항공우주 등급의 알루미늄 합금은 미세 구조의 열에 대한 민감도가 높기 때문에 특정 응용 분야에서는 이점이 더욱 중요할 수 있습니다. 이로 인해 강도가 크게 저하되는 반면, 당사의 DLF는 최소 180°C까지 높은 응력을 지속적으로 견딜 수 있어 작동 범위 내에서 더욱 안정적입니다. 경우에 따라서는 티타늄 또는 강철 부품으로 대체하여 무게를 훨씬 더 크게 줄이기도 했습니다.

Q AW: 구체적인 사용 사례를 살펴보겠습니다. 금속 리딩 엣지가 있는 DLF 스테이터 베인의 무게와 성능은 올 알루미늄 베인과 비교했을 때 어떤 차이가 있나요?

A SK: 복잡한 모양의 부품인 비즈니스 제트기 외부 가이드 베인을 DLF에 적합한 응용 분야로 파악했습니다. 이 부품은 구조적이지 않고 완전히 떠 있으며, 발로 성형할 수 있는 단일 네트 몰딩 부품입니다. 하지만 우박에 대한 내충격성은 중요한 도전 과제였습니다. 고속 우박 충격 하중의 경우 충격 지점 아래의 국부적인 파손과 베인의 3점 굽힘이 모두 발생하기 때문에 에어포일 프로파일의 두께가 매우 중요했습니다. 블레이드 두께를 늘리면 우박 충격 저항성을 개선할 수 있지만, 고정된 형상 요구 사항으로 인해 이는 불가능했습니다. DLF 및 연속 섬유 복합 소재를 사용한 다양한 하이브리드화 접근법을 모색한 결과, 뛰어난 보호 기능을 제공하는 금속 리딩 엣지를 개발했습니다. 스위스에 있는 자체 우박 충격 테스트 장비에서 광범위한 테스트를 통해 이를 검증했습니다. 그 결과, 금속 리딩 엣지와 그물형 가이드 베인을 결합한 공동 성형 설계를 통해 처음에는 엔진당 4~6파운드에서 최신 버전에서는 엔진당 최대 8~10파운드까지 무게를 크게 줄일 수 있는 비용 효율적인 솔루션을 제공하게 되었습니다.

A TM: 각 엔진에는 일반적으로 55~60개의 베인이 팬 블레이드 바로 뒤에 위치하기 때문에 이러한 성능 요구 사항은 특히 중요합니다. 따라서 상당한 충격과 내구성이 요구됩니다. 저희는 Xycomp DLF 기술의 강점과 한계를 모두 잘 알고 있기 때문에 이러한 문제를 해결할 수 있는 DLF 2.0을 위해 지속적인 혁신과 노력을 기울이고 있습니다.

A TM: 항공우주 분야에 신소재를 도입할 때 인증은 상당한 진입 장벽이 될 수 있습니다. 재료의 특성을 완전히 파악해야 하기 때문에 새로운 재료를 실험하기보다는 철저한 테스트와 검증을 거친 재료로 작업합니다. 이는 투자 약속과 촉박한 일정으로 인해 완전히 검증된 소재 솔루션이 필요한 첨단 항공 모빌리티(AAM)와 같은 분야에서 필수적입니다. 그린 트위드의 주요 장점 중 하나는 재료 특성 분석뿐만 아니라 예측 설계 분석 기능을 포함하는 포괄적인 패키지를 제공하며 입증된 성능 이력을 보유하고 있다는 점입니다. 이를 통해 테스트 시나리오에서 재료의 성능을 정확하게 예측할 수 있으므로 고객은 위험을 줄이고 일정을 단축하며 비용을 절감할 수 있습니다.

A SK: 인증 프로세스에는 여러 매개 변수에 걸쳐 광범위한 테스트 작업이 포함됩니다. 다양한 재료 배치와 부품 구성을 사용하여 다양한 환경 및 하중 조건에서 쿠폰에 대한 포괄적인 테스트를 수행합니다. 부품 두께를 다양화하고 복잡한 리브 보강재를 통합할 수 있는 DLF의 기능으로 인해 다양한 재료 두께에 대한 성능 특성화도 수행했습니다. 그 결과 약 200개의 패널에 각각 5~7개의 샘플이 포함된 광범위한 테스트 매트릭스가 생성되었으며, 여기에는 장시간의 시험이 필요한 피로 특성화도 포함되었습니다. 이 광범위한 재료 특성 및 성능 데이터 데이터베이스는 고객이 자체 인증 프로세스에 허용 데이터를 사용할 수 있으므로 이 테스트를 직접 중복할 필요가 없으므로 고객에게 매우 유용합니다.

Q AW: 그린 트위드의 경험에 비추어 볼 때 열가소성 복합 소재의 재활용성을 고려할 때 어떤 점을 고려해야 하나요?

A SK: 인증 프로세스에는 여러 매개 변수에 걸쳐 광범위한 테스트 작업이 포함됩니다. 다양한 재료 배치와 부품 구성을 사용하여 다양한 환경 및 하중 조건에서 쿠폰에 대한 포괄적인 테스트를 수행합니다. 부품 두께를 다양화하고 복잡한 리브 보강재를 통합할 수 있는 DLF의 기능으로 인해 다양한 재료 두께에 대한 성능 특성화도 수행했습니다. 그 결과 약 200개의 패널에 각각 5~7개의 샘플이 포함된 광범위한 테스트 매트릭스가 생성되었으며, 여기에는 장시간의 시험이 필요한 피로 특성화도 포함되었습니다. 이 광범위한 재료 특성 및 성능 데이터 데이터베이스는 고객이 자체 인증 프로세스에 허용 데이터를 사용할 수 있으므로 이 테스트를 직접 중복할 필요가 없으므로 고객에게 매우 유용합니다.

A TM: 현재 재활용 옵션을 모색하기 위해 AAM 기업 및 대형 항공우주 OEM과 예비 작업을 진행하고 있습니다. 스크랩, 폐기물 또는 잠재적으로 퇴역 항공기에서 나온 소량의 재활용 소재를 테스트하여 성형 공정과의 호환성을 평가하고 적절한 레시피와 절차를 개발하고 있습니다. 고정 형상 요구 사항. DLF 및 연속 섬유 복합 재료와의 다양한 하이브리드화 접근 방식을 탐색한 끝에 뛰어난 보호 기능을 제공하는 금속 리딩 엣지를 개발했습니다. 스위스에 있는 자체 우박 충격 테스트 장비에서 광범위한 테스트를 통해 이를 검증했습니다. 그 결과, 금속 리딩 엣지와 그물형 가이드 베인을 결합한 공동 성형 설계를 통해 처음에는 엔진당 4~6파운드에서 최신 버전에서는 엔진당 최대 8~10파운드까지 무게를 크게 줄일 수 있는 비용 효율적인 솔루션을 제공하게 되었습니다. A TM: 각 엔진에는 일반적으로 55~60개의 베인이 팬 블레이드 바로 뒤에 위치하기 때문에 이러한 성능 요구 사항은 특히 중요합니다. 따라서 상당한 충격과 내구성이 요구됩니다. 저희는 Xycomp DLF 기술의 강점과 한계를 모두 잘 알고 있기 때문에 이러한 문제를 해결할 수 있는 DLF 2.0을 위해 지속적인 혁신과 노력을 기울이고 있습니다.

Q AW: 항공우주 분야의 새로운 열가소성 복합 재료 및 공정과 관련된 규제 및 인증 과제에는 어떤 것이 있나요?

A TM: 인증은 항공우주 분야에 새로운 소재를 도입할 때 상당한 진입 장벽이 될 수 있습니다. 재료의 특성을 완전히 파악해야 하기 때문에 새로운 재료를 실험하기보다는 철저한 테스트와 검증을 거친 재료로 작업합니다. 이는 투자 약속과 촉박한 일정으로 인해 완전히 검증된 소재 솔루션이 필요한 첨단 항공 모빌리티(AAM)와 같은 분야에서 필수적입니다. 그린 트위드의 주요 장점 중 하나는 재료 특성 분석뿐만 아니라 예측 설계 분석 기능을 포함하는 포괄적인 패키지를 제공하며 입증된 성능 이력을 보유하고 있다는 점입니다. 이를 통해 테스트 시나리오에서 재료의 성능을 정확하게 예측할 수 있으므로 고객은 위험을 줄이고 일정을 단축하며 비용을 절감할 수 있습니다.

Q AW: 그린 트위드의 경험에 비추어 볼 때 열가소성 복합 소재의 재활용성을 고려할 때 어떤 점을 고려해야 하나요?

A TM: 현재 재활용 옵션을 모색하기 위해 AAM 기업 및 대형 항공우주 OEM과 예비 작업을 진행하고 있습니다. 우리는 스크랩, 폐기물 또는 잠재적으로 퇴역 항공기에서 나온 소량의 재활용 재료를 테스트하여 성형 공정과의 호환성을 평가하고 적절한 레시피와 절차를 개발하고 있습니다. 흥미롭게도 일부 AAM 기업들은 재활용 소재의 환경적 측면을 단순한 비용 고려 사항을 넘어 자사 플랫폼의 시장성 있는 기능으로 간주하여 그 가치를 보기 시작했습니다. 아직 초기 단계이기는 하지만, 이는 항공우주 분야에서 재활용 소재의 광범위한 가치 제안에 대한 인식이 높아지고 있음을 시사합니다.

SK: 열가소성 복합재는 이론적으로는 재용융을 통해 재활용이 가능하지만, 항공우주 분야에서 실제로 구현하는 데는 몇 가지 어려움이 있으며, 특히 PEEK 및 PEKK와 같은 고가의 고온 폴리머의 경우 더욱 그렇습니다. 이러한 소재의 재활용에 대한 비즈니스 사례는 아직 완전히 정의되지 않았는데, 그 이유는 이미 고가인 소재의 재활용 버전에 대한 프리미엄 가격을 정당화하기 어렵기 때문입니다. 재활용 소재는 특히 항공기 구조 부품의 경우 새로운 인증 문제를 야기합니다. 이로 인해 비구조용 인테리어 부품이나 스포츠 장비와 같은 비항공 분야에서도 재활용 소재의 등급이 하향 조정되는 경우가 많습니다. 우리는 이미 자체적으로 폐기물을 재활용하는 산업 및 의료 분야에서 이러한 활동을 지원하고 있습니다. 앞으로 정부의 규제와 인센티브가 순환 공급망 개발을 촉진하여 제조업체가 재활용 자재를 인증하고 내부 재활용 흐름을 정의하도록 유도할 것으로 예상합니다. 당사의 기술력은 이러한 열가소성 복합재 재활용 솔루션을 개발하는 업계에 적합한 역량을 갖추고 있습니다.

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