关键字：材料；航天；热塑性复合材料
欧盟资助的DOMMINIO项目（下一代多功能机身部件改进制造的数字化方法）于2021年1月启动，预计将于2024年9月完成。其目标是展示能够实现多功能、智能机身部件的技术，同时也有利于飞机报废（EOL）后的维修和回收。
图1：DOMMINIO 项目示范者（上）和合作伙伴（下）。
TPC、功能材料
热塑性复合材料 (TPC) 是 DOMMINIO 的重点，因为它们不仅是结构材料，Romero 表示，也是能够实现结构健康管理 (SHM) 和拆卸的功能材料。“热塑性塑料具有可再加工性——它们可以被加热、熔化、拆卸和重塑。我们利用这一点来拆卸零件，并通过修复和改造来延长其使用寿命。”
IMDEA材料研究所指出，通过DOMMINIO项目开发的技术不仅可以实现实时监控，还将运用先进的3D打印技术和碳纤维纳米管（CNT）纤维生产工艺，在制造过程中将传感器嵌入部件内部，而无需在生产后再进行连接。这减少了为传感器供电所需的电缆数量，从而可以提高飞机的燃油效率，从而更加环保，飞行成本更低……
通过这些嵌入式传感器，物理部件能够直接与地面工程师进行通信。IMDEA Materials 的多功能纳米复合材料团队由 Juan Jose Vilatela 博士领导，正在开发碳纳米管 (CNT) 传感器，并表征其嵌入复合材料部件时的压阻特性。
这种嵌入是在零件制造过程中实现的，其重点是结合 AFP 和熔融长丝制造 (FFF)，这是一种使用预制长丝的 3D 打印方法，该长丝可以是未增强的，也可以是复合材料，用短纤维或连续纤维增强。
结合 AFP 和 FFF
图2：组合 AFP 和 FFF 加固 CFRP 面板的加工步骤。
“DOMMINIO 结合了两种增材制造技术：用于层压板的 AFP 和用于加强筋的 FFF，”Romero 解释道。
图3：DOMMINIO 演示部件采用 AFP ISC 生产 CF/LMPAEK 层压板，然后使用非增强 PEKK 长丝以 FFF 方式沉积螺旋芯。
这可以在右侧的演示加固面板中看到。“我们采用激光辅助AFP原位固结技术，将TC 1225胶带用作底部黑色蒙皮，并使用FFF技术在顶部制作出淡黄色的螺旋结构，顶部采用阿科玛公司（法国科隆布）的非增强型Kepstan PEKK。我们还使用AIMEN专有的FFF喷嘴，采用UD连续碳纤维增强PEKK制作了顶部增强层，在孔隙率方面取得了更好的效果。”
FFF工艺开发
“我们直接在层压板的顶部制造加强筋，”他说道。“在加强筋的第一层，我们需要极好的固结效果。因此，我们使用了激光辅助FFF，它类似于一个微型AFP系统。它使用激光在沉积PEKK长丝的同时重新熔化LMPAEK基材，然后用一个小型压实辊进行固结。完成第一层后，我们继续构建螺旋体，然后用UD连续碳纤维增强PEKK在顶部使用FFF将其封闭。”
“压辊非常小，因为我们要压实的是2.85毫米厚的长丝，”他继续说道。“当然，当我们将其沉积到基材上时，宽度会稍微大一些，这种尺寸变化必须得到控制。我们发现，尤其是对于连续纤维长丝，喷嘴后紧接着的压辊可以使层压板的固结度和强度比不使用激光的工艺提高3倍。”
图4：AIMEN 的双挤出机 FFF 系统，结合了纯 PEKK 和连续纤维增强 PEKK 长丝。
热塑性结构拆卸
DOMMINIO 在生产出制造演示部件后，随后演示了如何使用功能材料进行拆卸。“我们使用了磁性纳米粒子增强细丝，并用 FFF 工艺将其沉积在 AFP 层压板和螺旋核心结构之间的界面处，”Romero 解释道。“在制造螺旋核心结构之前，我们用这种材料制作了一层嵌入磁性纳米粒子的材料。这些纳米粒子会对磁场做出反应，而磁场是由我们来自 NTUA 的合作伙伴开发的磁线圈产生的。当我们移动这个磁线圈时，我们利用感应加热界面，使热塑性聚合物熔化，这样我们就可以将蒙皮从加强筋上拉开。”
图5：使用局部感应加热技术从CF/LMPAEK层压板中拆卸螺旋加强筋。
“因此，我们可以策略性地加热并重熔界面，从而将蒙皮从螺旋桨结构上拆解下来，”他继续说道。“蒙皮层压板中的碳纤维对磁场的反应方式与磁性纳米粒子不同。我们开发了一种纳米粒子和感应线圈之间的调谐方法。我们基本上是将感应焊接的概念引入到重熔界面中，但目的是为了拆卸。基于这些功能材料，我们可以将这些结构称为可逆结构或环形结构。”
