Tấm sandwich lõi tổ ong được tạo thành bởi việc liên kết hai tấm mỏng có cơ tính cao được gọi là vỏ (skin) với tấm lõi có cơ tính thấp hơn, có tỉ trọng riêng thấp nhưng có kích thước bề dày lớn hơn, với việc kết hợp đó, tấm được tạo thành sẽ tổ hợp được nhiều ưu điểm. Các lớp bề mặt và lõi của kết cấu sandwich có thể là nhôm, thép, bê tông, gỗ,…. Lõi có thể được cấu tạo dạng rỗng với các dạng hình học khác nhau, trong đó kết cấu dạng tổ ong thông thường được sử dụng. Kết cấu tấm sandwich lõi tổ ong là dạng kết cấu tấm không đồng nhất với lõi là một loại vật liệu trực hướng được phân bố có tính tuần hoàn theo hai phương và thể hiện trong từng trường hợp cụ thể.
Năm 1919, tấm composite sandwich đầu tiên được chế tạo bằng cách sử dụng các mặt gỗ gụ mỏng liên kết với lõi gỗ bông bấc. Nó được sử dụng làm cấu trúc chính cho chân phao của thủy phi cơ. Sau đó giữa Thế chiến I và Thế chiến II, lớp vỏ ván ép liên kết với lõi gỗ bông bấc được sử dụng làm cấu trúc chính của thủy phi cơ Ý.
Việc sản xuất cấu trúc tấm tổ ong hiện đại có lẽ đã bắt đầu vào cuối những năm 1930, khi J.D. Lincoln đã lấy giấy làm lõi tổ ong để sử dụng trong đồ nội thất được sản xuất bởi Lincoln Industries (ở Marion, Virginia, Hoa
Kỳ). Các tấm composite sandwich bao gồm các mặt gỗ mỏng liên kết với một lõi tổ ong bằng giấy tương đối dày.
Trong chiến tranh thế giới thứ hai, giấy tổ ong đã được Công ty Martin sử dụng để đóng gói ăng ten radar; nhưng lõi được làm từ giấy đã hấp thụ độ ẩm. Sau đó Martin đã phát triển một tổ ong làm bằng vải cotton và sau đó sản xuất lõi tổ ong làm bằng sợi cotton, vải thủy tinh và lá nhôm.
Cũng tại thời điểm đó, Công ty Máy bay Havilland đã thiết kế và chế tạo máy bay ném bom Mosquito, sử dụng các tấm sandwich ở một số bộ phận. Hiệu suất tuyệt vời được thể hiện ở máy bay này đã đưa đến sự chấp nhận của nhiều nhà thiết kế máy bay, đặc biệt là ở Anh, về sự vượt trội cơ bản của cấu trúc tấm sandwich như một phương tiện sản xuất máy bay hiệu suất cao và hiệu quả hơn. Do đó, nhiều nhóm thiết kế máy bay đã bắt đầu tìm kiếm cách tốt nhất để chế tạo các cấu trúc tấm sandwich và các vật liệu tốt nhất để tạo ra lớp lõi và vỏ.
Mãi đến năm 1945, tấm sandwich hoàn toàn bằng nhôm đầu tiên được sản xuất. Bước đột phá thực sự đến với sự phát triển của chất kết dính tốt hơn để cố định lớp vỏ với lõi. Một số chất kết dính đã được phát triển để có tính chất lưu biến tốt để sử dụng cho lõi tổ ong.
a. Chế tạo tấm tổ ong
Các cấu trúc như tổ ong trong Hình 1.16 có thể được thực hiện theo bốn cách: dán, hàn điện trở, hàn, hàn khuếch tán và nóng chảy. Các phương pháp này được thực hiện bằng cách hàn đính tại các nút. Rõ ràng nhất là ép một vật liệu tấm thành một nửa hình lục giác và dán các tấm lượn sóng này lại với nhau. Cho đến nay, quy trình sản xuất phổ biến nhất là dán lại với nhau và có tới 95% lõi tổ ong được làm theo cách này. Hàn điện trở, hàn hoặc hàn
khuếch tán chỉ được sử dụng trên các lõi có nhiệt độ cao hoặc điều kiện môi trường khắc nghiệt. Có hai kỹ thuật cơ bản được sử dụng để chuyển vật liệu tấm thành lõi tổ ong, đó là quá trình mở rộng và quá trình uốn lượn sóng (Hình 1.18).
Hình 1.18. Quá trình sản xuất lõi tổ ong: Bằng quá trình mở rộng (trên), Bằng quá trình cán lượn sóng (dưới)
Quá trình mở rộng được sơ đồ hóa trong hình 1.18a. Thông thường, keo được đặt thành các dải song song trên các tấm phẳng, và các tấm được xếp chồng lên nhau để dán chúng lại với nhau dọc theo các dải. Các chồng tấm được cắt theo kích thước mong muốn và sau đó được kéo dài để tạo thành
lõi tổ ong. Đối với lõi kim loại, một lớp phủ chống ăn mòn được phủ lên các lá kim loại, và trên đó được phết các đường keo. Các lá được cắt và xếp chồng lên nhau, và chất kết dính được đông cứng lại dưới áp suất và nhiệt độ cao. Sau đó, các lát được cắt theo độ dày yêu cầu và kéo dài.
Quá trình cán lượn sóng được minh họa trong hình 1.18b là kỹ thuật ban đầu được sử dụng để làm lõi tổ ong. Phương pháp này vẫn được sử dụng để sản xuất lõi kim loại và một số lõi phi kim loại. Trong quá trình tạo rãnh lượn sóng, đầu tiên các tấm được gấp nếp, sau đó dùng chất kết dính phết vào các nút và các tấm được xếp chồng lên nhau, sau đó được xử lý trong lò nung.
Lõi tổ ong cũng có thể được đúc trong khuôn (tổ ong silicon) hoặc bằng cách đùn (tổ ong bằng gốm dùng để hỗ trợ xúc tác khí thải ô tô) .
Lõi tổ ong có thể được chế tạo với các loại vật liệu phẳng và mỏng bất kỳ, vì vậy mà hiện nay có khoảng hơn 500 loại tổ ong khác nhau đã được sản xuất. Các vật liệu tổ ong được sử dụng phổ biến nhất là:
- Lõi tổ ong bằng kim loại (hợp kim nhẹ, thép ...) ít tốn kém và chịu tải tốt hơn.
- Lõi tổ ong phi kim loại (các-tông được tẩm nhựa phenolic, giấy Nomex, tấm polyamide, vải thủy tinh tẩm ...) không nhạy với ăn mòn và là chất cách nhiệt và cách âm tốt.
b. Hình dáng hình học của một lỗ tổ ong
Hình dạng của một lỗ tổ ong được minh họa trong Hình 1.19. Hình dạng này được xác định bởi các thông số khác nhau: chiều dài của các vách thẳng đứng và vách nghiêng (h và l), độ dày của các vách (t' và t), góc ghiêng của các vách nghiêng (). Các tham số này được tóm tắt trong Bảng 5