復合材料在航空航天工業中至關重要。要對航空航天復合材料進行成型，傳統上需要使用熱壓罐或高溫高壓室。但為了優化能源消耗、生產周期和生產成本，Ferry Capitain鑄造公司的研發部門Fer'Incub開發出了一種非熱壓罐自加熱模具技術。在航空航天行業，技術創新是提高競爭力和產品性能的關鍵驅動力。尤其對于復合材料而言，輕質和高強是其基本特點，可降低飛機油耗并提升載荷。因此，復合材料扮演了非常重要的角色。在傳統制造過程中，復合材料成型需使用熱壓罐、高溫高壓室對復合材料進行加熱，以對材料機械性能進行優化。

然而，這種方法并非沒有缺點。熱壓罐是出了名的能源密集型裝備，運行成本高，生產周期長，因此會阻礙生產速度和生產的靈活性。在這種背景下，開發更高效的替代裝備已成為復材制造商和研發人員的戰略性問題。

正是從這個角度出發，Ferry Capitain鑄造公司及其研發部門（稱作Fer'Incub）開發出了一種革命性的自加熱模具技術。通過直接在因瓦合金（一種熱膨脹率非常低的合金）制成的鑄造件中集成加熱通道，該創新技術消除了對熱壓罐的需求。

這些通道可促進導熱液體的循環，對模具加熱、保溫和冷卻至關重要，從而在整個制造過程中實現對溫度的精確控制。此外，這些通道的位置與模具表面保持著連續和最佳的距離，這些特點是傳統鉆孔技術無法達到的，可提供無與倫比的熱均勻性，提高復合材料制品的機械性能。

圖一：通過傳統鉆孔技術集成

圖二：通過Ferry Captain 1號原型解決方案

frameS項目

frameS項目作為歐洲潔凈天空計劃的一部分，Ferry Capitain和Fer'Incub不僅作為分包商，還作為重要的技術合作伙伴在該計劃中脫穎而出。frameS項目重點關注了航空航天創新技術的成熟化成果，專門探索了自加熱模具規?；瘧玫臐摿?。Ferry Capitain和Fer'Incub提供了鑄造及冶金方面的專業技術和知識，為該項目做出了巨大貢獻，對這些模具能適應大型復合材料生產的復雜要求而言至關重要。

為了具體說明自加熱模具的優勢和可行性，Ferry Capitain和Fer'Incub參與設計并制作出了讓人印象深刻的原型件。

圖三：frameS項目原型

模具說明

專為該原型開發的模具蘊含了多項技術創新。首先，模具的尺寸（2,665 x 1,760mm，高460mm）適合大型航空部件，包含38個按設計布置的嵌入件，以優化加熱過程。此外，該模具的制作還采用了先進的鑄造和澆鑄技術，展示了Ferry Capitain和Fer'Incub處理復雜大型結構的能力。對原型件進行開發和微調的關鍵步驟是鑄造模擬，從而可以預測和優化熔融金屬的分布，確保模具質量。

圖四：frameS項目原型件的填充模擬

圖5：frameS項目原型件的實現

材料創新：Ferry Capitain和Fer'Incub因瓦合金等級

認識到熱固性（TD）和熱塑性（TP）復合材料的特殊需求，Ferry Capitain開發了兩種不同的因瓦合金：

Ferrynox N36：適用于耐高溫要求達250°C（480°F）的應用，這種材料主要用于熱固性復合材料。

Ferrynox N29K：設計耐溫高達400°C（750°F），更適用于熱塑性復合材料。

Ferrynox N36和Ferrynox N29K兩種合金都能確保尺寸穩定性，熱膨脹系數在最高指示溫度下保持不變（圖6）。

圖6：Ferrynox N36和Ferrynox N29K的膨脹系數比較

此外，這些合金可在同一模具中進行組合應用，從而利用其不同的膨脹性提供創新的局部壓力解決方案。這一特點對混合模壓工藝尤其有利，精確的壓力對復合材料制品質量和完整性至關重要。

圖七：正在對frameS項目原型進行加工

展望

Ferry Capitain和Fer'Incub開發的新型模具清楚地證明了為非熱壓罐應用開發大型自加熱模具系統的可行性。該研發不僅證明了實現高加熱和高冷卻速率的可行性，而且還能在整個模具中保持良好的熱均勻性。研究結果表明，甚至可以考慮生產更大尺寸的模具，為不斷擴大的工業應用鋪平道路，為復合材料行業帶來潛在的變革。

要充分利用這項技術的潛力，需要在測試、開發和工業研究方面開展大量工作。關鍵是要確保模具各個點位熱交換的可復驗性。這就要對包括嵌入件的位置、維度、長度和導熱液體的用量和溫度以及熱交換系數和熱足跡進行詳細分析。

此外，研究上下模的加壓也非常重要，從而可進一步優化模壓熱固化工藝，這一工藝以前是通過熱壓罐的等靜壓技術來進行的。在不同操作條件和復合材料應用場景下，這些步驟對于確保模具的效率和可靠性是必不可少的。