模內傳感器作為各種過程控制組合的一部分，在塑料注塑成型中已經使用了幾十年。但最近，類似的技術已經開始通過樹脂傳遞模塑(RTM)進入復合材料制造領域，RTM是所有閉模成型方法中最類似于注塑成型的方法。

隨著客戶對更高的零件質量和更好的零件間一致性的高度重視，對傳感技術的需求也出現了。作為回應，幾家供應商和至少一家復合材料零件制造商正在開發和營銷專門用于RTM、樹脂注入和其他類型復合材料制造工藝的新傳感器技術。

Kistler Instruments的應用經理保羅·拉戈內格羅（Paul Lagonegro）表示，RTM的加工特性尤其與過程控制傳感器的能力完美匹配。復合材料零件制造商贊賞RTM的制造能力，因為它可以生產周期短的輕質零件，并實現精密公差。然而，RTM通常需要預成型件的增材制造工藝，這增加了加工步驟，并需要更高水平的自動化來實現成本效益。

鑒于Given Kistler在制造注塑控制傳感器方面的經驗，拉戈內格羅表示，該公司決定進軍復合材料領域是自然而然的。該公司在2013年K展上展示了用于復合材料加工的原型傳感器，并推出了首款商用腔體壓力傳感器6161AA，旨在滿足高低壓復合材料加工需求。

該傳感器可測量高達200巴的型腔壓力和模具內的真空度，由一個直徑4毫米的敏感元件焊接到一個外徑9毫米的金屬套筒上組成。

6161AA是一個直接壓力傳感器。樹脂直接接觸傳感器的正面，由此產生的信號由電荷放大器轉換為壓力分布。

傳感器控制的成型周期：在零件的每個RTM成型周期中，都會產生一條更像注塑成型壓力曲線的壓力曲線。當產生并保持真空時，模具中的壓力傳感器會檢測到真空。如果保持真空，就可以開始注入樹脂和催化劑的過程。

隨著預成型件的繼續注入，傳感器記錄的壓力值由曲線反映出來，從負到零再到較低的壓力閾值。在此期間，關閉泵以防止溢出和半?？赡芊蛛x。

填補空白

Calloway Carbon是一家為汽車賽車和航空航天行業生產高科技結構復合材料零件的制造商，決定對復合材料制造采取過程控制方法。該公司的創始人兼所有者里夫斯·卡洛威（Reeves Calloway）表示，多年來，行業對降低成本和提高質量標準的需求一直在推動公司向RTM方向發展，并增加自動化程度。

該公司開發了一種過程控制系統，包括硬件和軟件，以在RTM制造中形成閉環控制。“傳感器最初只是過程控制系統的一部分（盡管是關鍵部分），但要真正實現RTM或任何其他閉式模具成型過程的自動化，我們必須走得更遠，而不僅僅是將傳感器放入模具中。”

卡洛威說，傳感器必須與軟件協同工作，以復制零件注入的所有過程，并在每個零件周期內監測和控制這些過程。“我們創建了一個軟件，將配方帶到控制自動注射系統的零件上。”模內傳感器為過程控制軟件提供連續的壓力讀數，該軟件進而在每個零件生產周期的閉環布局中監測和控制樹脂的計量、輸送、注入以及模具的加熱和冷卻。該公司將這一過程稱為“配方”?？逋赋?，一旦理解了配方，就只是復制的問題。

該公司已經使用基于傳感器的自動化RTM制造五年了?？逋f，傳感器技術的進步對于成功開發自己的自動化技術至關重要。“幸運的是，商業上可用的傳感器技術真的很好。”

同樣重要的是，RTM是最適合自動化的復合材料制造方法，因為它主要是一個連續的過程?？逋f，RTM的過程控制開發可以分解為一系列編程問題，例如如何確保在步驟a實際完成后實際執行步驟B。

當然，復合材料過程控制系統的發展將需要模具制造商的參與。Given Kistler的拉戈內格羅表示，該公司的早期努力將包括模具制造商和產品制造商。

Calloway Carbon為此切割自己的模具，除了有一個過程控制系統外，它還控制著過程設置?？逋f，模具中傳感器的數量、類型和位置取決于零件。該公司幾乎所有的模具都是數控加工的鋁模具?？逋f，許多模具使用位于模具頂部的兩個或多個壓阻式壓力傳感器。

他根據多年的經驗，將“決定將傳感器放置在哪里”的過程稱為“部分科學、部分藝術和部分運氣”。在生產之前，每個模具都會經過自動校準過程，直到傳感器設置在預定范圍內（配方），以允許循環開始，并可以開始過程控制監測。卡洛威的軟件還允許手動運行生產。

測量RTM的腔體壓力有許多明顯的好處。與注塑成型一樣，RTM模具中的傳感器可以監測和控制多個澆口序列，監測流動前沿并停止注射。更具體地說，對于RTM，模腔壓力傳感器還可以監測模腔內的真空壓力，從而更好地控制注射壓力和質量相關問題，如真空不足或不一致引起的空氣夾帶和孔隙率。

與注塑成型更相似的是，壓力分布是在每個零件的RTM加工周期中開發的，是幫助制造商實現工藝優化的重要工具。在RTM循環過程中，如果建立并保持真空，模具中的壓力傳感器可以檢測到它。如果保持真空，就可以開始注入樹脂和催化劑的過程。隨著預成型件繼續注入，曲線從負到零，到達較低的壓力閾值，此時關閉泵，以防止過度填充和半模的潛在分離。

當然，在注入零件時應用真空是RTM工藝和注塑成型的主要區別之一，這也給傳感器設計帶來了挑戰。拉戈內格羅說：“傳統上，我們的傳感器沒有暴露在真空中。”由于壓力會影響傳感器的工作條件，該公司提出了一種不同的傳感器設計。

6161 AA設計使用O型圈，以防止低粘度樹脂在腔體處于真空狀態時進入安裝法蘭的間隙。Given Kistler在將這些傳感器運送給客戶之前會對其進行校準。校準數據以及帶有“可追溯到NIST（國家標準研究所）的測試方法”的校準證書隨傳感器一起交付，以確認傳感器在整個制造壓力曲線上呈線性運行，使輸出值作為制造過程中的壓力測量絕對可靠。

模具中的原位檢測:Calloway Carbon在其拋光鋁模具中嵌入了現成的壓阻式壓力傳感器，該傳感器與自己的專有軟件相結合，監測結構碳纖維復合材料零件的RTM生產過程。值得注意的是，只有當傳感器在預定的壓力范圍內時，才能進行零件的注入。

補充：6161AA傳感器

6161AA型傳感器包括一個焊接到堅固的9mm筒中的靈敏的4mm隔膜傳感器。焊接的環形間隙可防止低粘度樹脂滲透和力分流導致的傳感器信號失真。O型圈可確保在工具內部實現真空，同時防止低粘度樹脂進入間隙。電纜可以更換，以方便維修。壓力直接作用在隔膜的前部，然后被傳遞到測量元件，然后測量元件發出與施加的壓力成比例的電荷。這被放大器轉換為電壓，然后在放大器輸出上存在,范圍從0-10V的電壓。

編后語

空客下一代單通道民機（新A320），機翼采用“無卷曲織物（NCF）—RTM— OOA”工藝。在RTM中用鋁制造上下模具、模具工作表面有加溫裝置、模具有壓力傳感器，測量模腔壓力。

楊超凡 2025.2.12

portant;">原文，《 In-mold Sensors – A Great Help in Achieving Automated RTM 》