رویکردی جدید برای ساخت قطعات هواپیما، بدون نیاز به زیرساخت عظیم

فیلم نانولوله کربنی، کامپوزیت‌هایی با کیفیت هوافضا تولید می‌کند که نیازی به کوره‌های بزرگ یا اتوکلاوها ندارند.

یک هواپیمای مدرن از لایه‌های مختلفی از مواد کامپوزیتی ساخته شده است. زمانی که این لایه‌ها روی هم چیده شده و به شکل بدنه هواپیما قالب‌بندی می‌شوند، ساختارها به کوره‌ها و اتوکلاوهای بزرگ منتقل می‌شوند تا لایه‌ها با هم ترکیب شده و پوسته‌ای مقاوم و آیرودینامیک تشکیل دهند.

اکنون مهندسان MIT روشی برای تولید کامپوزیت‌های با کیفیت هوافضا بدون نیاز به کوره‌ها و تجهیزات بزرگ ایجاد کرده‌اند. این روش می‌تواند تولید هواپیماها و سایر سازه‌های کامپوزیتی بزرگ و با عملکرد بالا، مانند تیغه‌های توربین بادی را تسریع کند.

در سال ۲۰۱۵، تیمی به رهبری لی (Jeonyoon Lee) از MIT و یکی دیگر از اعضای آزمایشگاه Wardle روشی برای تولید کامپوزیت‌های با کیفیت هوافضا بدون نیاز به کوره ایجاد کردند. در این روش به جای قرار دادن لایه‌های مواد داخل کوره، آن‌ها را در فیلمی بسیار نازک از نانولوله‌های کربنی (CNT) پیچیدند. وقتی جریان الکتریکی به این فیلم اعمال شد، نانولوله‌ها مانند یک پوشش الکتریکی نانومقیاس سریعاً حرارت تولید کردند و باعث شدند مواد درون آن‌ها ترکیب و سفت شوند.

با این روش خارج از کوره، تیم توانست کامپوزیت‌هایی به همان اندازه قوی تولید کند که در کوره‌های ساخت هواپیما ساخته می‌شوند، اما با مصرف تنها ۱ درصد انرژی.

در مرحله بعد، محققان به دنبال راه‌هایی برای تولید کامپوزیت‌های با کیفیت بالا بدون استفاده از اتوکلاوهای بزرگ بودند. اتوکلاوها دستگاه‌هایی هستند که فشار بالا را برای ترکیب مواد ایجاد می‌کنند و حفره­ها و فضاهای خالی موجود در سطح مواد را از بین می‌برند.

محققان پیشنهاد کردند که اگر یک فیلم نازک از نانولوله‌های کربنی بین دو ماده قرار گیرد، در زمان حرارت دادن و نرم شدن مواد، فشار مویرگی ایجاد شده بین نانولوله‌ها می‌تواند مواد را به سمت هم بکشاند و حفره­ها و فضاهای خالی را از بین ببرد.

آن‌ها این ایده را در آزمایشگاه آزمایش کردند و فیلم‌های نانولوله کربنی را بین لایه‌های مواد مورد استفاده در ساخت قطعات اصلی هواپیما قرار دادند. سپس فیلم نانولوله کربنی دوم را به آن‌ها پیچیده و جریان الکتریکی به آن اعمال کردند تا گرم شود. مشاهده کردند که با گرم شدن و نرم شدن مواد، آن‌ها به سمت هم کشیده شده و حفره­ و فضای خالی باقی نماند.

کامپوزیت تولید شده بدون حفره و فضای خالی بود و مشابه کامپوزیت‌های با کیفیت هوافضا که در اتوکلاوها تولید می‌شوند، از مقاومت بالایی برخوردار بود.

تیم تحقیقاتی به دنبال راه‌هایی برای تولید فیلم‌های نانولوله کربنی در مقیاس بزرگ‌تر است تا بتوانند از این روش برای ساخت قطعات بزرگ‌تری مانند بال‌ها و بدنه‌های هواپیما استفاده کنند.

این تحقیق با حمایت شرکت‌هایی مانند ایرباس، لاکهید مارتین و سایر شرکت‌های مرتبط با هوافضا انجام شده است.

منبع: news.mit.edu