真空アシスト樹脂トランスファー成形

真空アシスト樹脂トランスファー成形（VARTM）または真空射出成形（VIM）は、密閉型のオートクレーブ外（OOA）^{[1]複合材製造プロセスです。VARTMは}樹脂トランスファー成形（RTM）のバリエーションであり、その際立った特徴は、金型の上部を真空バッグに置き換え、真空を使用して樹脂の流れを促進することです。^[2]このプロセスでは、真空バッグで覆われた金型内の繊維レイアップへの樹脂の流れを促進するために真空を使用します。含浸が起こった後、複合材部品は室温で硬化され、オプションで後硬化が行われることがあります。

通常、このプロセスでは、低粘度（100〜1000 cP）のポリエステルまたはビニルエステル樹脂をグラスファイバー繊維とともに使用して複合材を作成します。^[3]通常、このプロセスでは、繊維の体積分率が40〜50％の複合材を製造できます。^[3]樹脂と繊維の比率は、最終部品の全体的な強度と性能を決定する上で重要であり、機械的強度は繊維強化の種類によって最も左右されます。使用する樹脂の種類によって、主に耐腐食性、熱変形温度、表面仕上げが決まります。^[4]このプロセスで使用する樹脂は、真空ポンプによって提供される圧力差が限られているため、粘度が低くなければなりません。カーボンファイバーなどの高性能繊維も使用できます。ただし、それらの使用はあまり一般的ではなく、主にハイエンド部品の製造に使用されます。

VARTM が高品質の複合部品を製造するには、空気漏れを防ぐことが極めて重要です。空気漏れがあると、樹脂が金型を不適切に流れ、気泡の形成につながる可能性があります。複合材料が気泡を含んだ状態で硬化すると、空隙という欠陥が発生します。空気漏れは、真空バッグの欠陥、シーラント テープの不適切な適用、またはホースが真空バッグと接続する箇所の不適切なシールによって発生する可能性があります。

空気漏れはさまざまな方法で検出できます。状況によっては、複合材を目視するだけで気泡、ひいては空気漏れを検出できます。最も単純な「漏れ分離」方法は、真空圧レベルを監視して空気漏れがあるかどうかを判断することです。金型からすべての空気を真空吸引した後も真空圧レベルが低下しない場合は、空気漏れがないと判断できます。^[5]ただし、真空圧レベルが低下した場合は、空気漏れがあったことを示しています。残念ながら、空気漏れの存在を特定するこの方法では、空気漏れの場所を特定できません。

音の増幅も漏れ箇所の特定に利用されます。空気漏れは音を発するため、この方法ではマイクを使って音を増幅し、スピーカーやヘッドフォンに送り、漏れ箇所の特定に役立てます。^[5]これにより、ユーザーは空気漏れを検出し、マイクを使って漏れ箇所を見つけることができます。残念ながら、この方法は騒音の多い環境では効果がありません。

加熱空気は漏れの検出にも利用できます。この方法では、真空ポンプを使用する前に加熱空気を金型に送り込みます。プロセスの設定で空気漏れが発生した場合、漏れた部分から熱い空気が排出されます。次に、赤外線検出器を使用して、真空バッグの表面に熱放出があるかどうかを判断します。これは、空気漏れの存在を示すものです。^[5]

VARTMとRTMはどちらも密閉型プロセスであり、圧力を使用して樹脂を金型に注入します。VARTMとRTMで使用される材料にはほとんど違いはなく、樹脂と繊維は基本的に両方のプロセスで同じです。したがって、繊維と樹脂の比率や断面の繊維分布などの要素が各プロセスで一定に保たれていれば、成形部品の性能は同様になります。^[4]

RTM では、金型の半分の間にファイバー プリフォームを配置しますが、VARTM では、金型ツールの下部と真空バッグを使用し、真空を使用することで樹脂が流れます。RTM では、形状が複雑な小型から中型の部品が製造されますが、VARTM では非常に大きな部品も作成できます。VARTM は、RTM よりも設備コストが低いという利点もあります。VARTM 金型は片面であるため、複合材の片面のみに A クラス仕上げを施すことができるという欠点があります。ただし、RTM では上部と下部の両方の金型があるため、両面に A クラス仕上げを施した部品を製造できます。

このプロセスは、高価なオートクレーブを必要とせず、大型で複雑な航空宇宙グレードの部品を製造できるという利点があります。^[1]この方法を使用して製造される製品は、輸送、風力エネルギー、海洋、インフラストラクチャ、航空宇宙アプリケーションで使用される部品など、用途が多岐にわたります。 このプロセスは大型で複雑な部品を作成できるため、従来は多数の小さな部品で構成されていた部品の製造に使用した場合、製造コストを効果的に削減できます。 たとえば、LOCKHEED Martin Space Systems (LMSS) は、VARTM を使用して Trident II D5 ミサイルの機器ベイの 1/4 セクションを製造し始めたときに、最大 75% の製造コスト削減を実現しました。^[6]