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而現(xiàn)如今，這支團(tuán)隊正在研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的焊接工藝，從而可以消除通常用于連接復(fù)合材料部件的重型螺栓的需要，其潛在應(yīng)用包括像羅馬太空望遠(yuǎn)鏡（RST）等任務(wù)，它是一種專注于研究暗能量的紅外望遠(yuǎn)鏡，以及有望應(yīng)用于高月球塔（TLT），這是一種將太陽能電池板提升到地平線以上從而在月球上產(chǎn)生能量的概念。?
雖然TDEA項目與RST和TLT項目是分開的，但該團(tuán)隊已經(jīng)確定這些結(jié)構(gòu)適合熱塑性焊接，并根據(jù)這些項目的基準(zhǔn)設(shè)計和結(jié)構(gòu)要求建立了點設(shè)計。該焊接項目始于2021年，由多個部分組成。第一步是與復(fù)合材料行業(yè)、學(xué)術(shù)界和其他研究機(jī)構(gòu)接觸，以確定熱塑性塑料制造和分析的最新階段。研究人員接下來評估了五種材料的結(jié)晶動力學(xué)，包括熔化和結(jié)晶溫度、結(jié)晶潛熱和與焊接相關(guān)的熱導(dǎo)率。
該團(tuán)隊使用使用這五種材料，利用感應(yīng)、電阻和超聲波技術(shù)焊接了熱塑性試樣。該團(tuán)隊還考慮了每種焊接工藝在太空制造過程中應(yīng)用的難易程度。例如，感應(yīng)焊接可能不是一個可行的選擇，因為它需要輔助設(shè)備進(jìn)行冷卻。
NASA與三個組織合作，每種焊接類型一個，重點是Agile Ultrasonics的超聲波焊接工藝，因為它有望在太空中運行。截至5月底，研究人員正試圖優(yōu)化該過程以減少空隙含量。
TDEA團(tuán)隊使用Agile Ultrasonics的焊接系統(tǒng)和機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行研究
位于克利夫蘭的美國NASA格倫研究中心化學(xué)工程師桑迪·米勒指出，團(tuán)隊研究了振幅、壓力和停留時間等過程變量，以及整個鍵合線上的掃描速率。為了減少鍵合區(qū)域中的空隙形成，他們還將嘗試使用能量導(dǎo)向器，該導(dǎo)向器放置在鍵合界面處，并將超聲波能量拉到界面。
TDEA的研究人員正在同時開發(fā)兩個測試應(yīng)用程序。熱塑性陸地點設(shè)計（TTPD）改編自RST團(tuán)隊的支撐梁組件設(shè)計，該組件用于固定望遠(yuǎn)鏡的可展開孔徑蓋（DAC）。DAC在發(fā)射過程中關(guān)閉望遠(yuǎn)鏡筒，然后在軌道上打開，以幫助阻擋陽光進(jìn)入光圈。
在TDEA提出的設(shè)計中，有助于打開DAC的接箍和梁組件將成為一個單一的焊接熱塑性組件，梁由東麗的Cetex®TC1200 PEEK制成，接箍區(qū)域采用3D打印的碳纖維增強(qiáng)PEEK復(fù)合材料，其中碳纖維含量為30%，這可以降低結(jié)構(gòu)組件的復(fù)雜性、零件數(shù)量和裝配質(zhì)量。
TLT的TDEA設(shè)計被稱為熱塑性空間點設(shè)計（TSPD）。這座50米高的塔最終可能會建在月球南極，它的目的是支撐太陽能電池陣列，為美國的月球基地提供電力。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計，機(jī)器人將使用金屬配件和鉚釘連接塔的復(fù)合桁架結(jié)構(gòu)，TDEA團(tuán)隊希望對此進(jìn)行改進(jìn)。
米勒指出，團(tuán)隊可以用熱塑性塑料制造這些桁結(jié)構(gòu)，然后讓機(jī)器人通過端部配件焊接它們，這樣可以節(jié)省鉚釘?shù)乃兄亓浚部梢怨?jié)省單個螺栓的管理。為了測試這種方法的可行性，研究人員正在用T700碳纖維和東麗的Cetex TC1225低熔點PAEK建造一小段塔，稱之為重復(fù)晶胞，研究人員將對該單元的焊接接頭進(jìn)行拉伸和壓縮試驗。TDEA團(tuán)隊計劃在2024年9月30日政府財政年度結(jié)束前完成兩個點設(shè)計的測試數(shù)據(jù)，但該團(tuán)隊希望獲得額外的資金來繼續(xù)這項工作。
來源：碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)