• head_banner_01

Senzori: date pentru fabricarea de compozite de nouă generație |Lumea compozitelor

În căutarea durabilității, senzorii reduc timpii de ciclu, consumul de energie și risipa, automatizează controlul proceselor în buclă închisă și sporesc cunoștințele, deschizând noi posibilități pentru fabricarea și structurile inteligente. #senzori #durabilitate #SHM
Senzori din stânga (sus în jos): flux de căldură (TFX), dielectrici în matriță (Lambient), ultrasunete (Universitatea din Augsburg), dielectrici de unică folosință (Sintezite) și între bănuți și termocupluri Microwire (AvPro). Grafice (sus, în sensul acelor de ceasornic): constanta dielectrică colo (CP) versus vâscozitatea colo ionică (CIV), rezistența rășinii în funcție de timp (sinteze) și modelul digital al preformelor implantate de caprolactamă folosind senzori electromagnetici (proiectul CosiMo, DLR ZLP, Universitatea din Augsburg).
Pe măsură ce industria globală continuă să iasă din pandemia COVID-19, a trecut la prioritizarea durabilității, care necesită reducerea risipei și a consumului de resurse (cum ar fi energie, apă și materiale). Ca urmare, producția trebuie să devină mai eficientă și mai inteligentă. .Dar acest lucru necesită informații.Pentru compozite, de unde provin aceste date?
După cum este descris în seria de articole CW 2020 Composites 4.0, definirea măsurătorilor necesare pentru a îmbunătăți calitatea și producția pieselor, precum și senzorii necesari pentru a realiza aceste măsurători, este primul pas în producția inteligentă. În 2020 și 2021, CW a raportat despre senzori - dielectric senzori, senzori de flux de căldură, senzori cu fibră optică și senzori fără contact care utilizează unde ultrasonice și electromagnetice, precum și proiecte care demonstrează capacitățile acestora (vezi setul de conținut online al senzorilor CW). Acest articol se bazează pe acest raport, discutând despre senzorii utilizați în compozite. materialele, beneficiile și provocările lor promise și peisajul tehnologic în curs de dezvoltare. În special, companiile care devin lideri în industria compozitelor explorează și navighează deja în acest spațiu.
Rețeaua de senzori în CosiMo O rețea de 74 de senzori – dintre care 57 sunt senzori cu ultrasunete dezvoltați la Universitatea din Augsburg (afișați în dreapta, puncte albastre deschise în jumătățile superioare și inferioare ale matriței) – sunt utilizate pentru demonstratorul de capac pentru T-RTM proiect de turnare CosiMo pentru baterii termoplastice compozite. Credit imagine: proiect CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Universitatea din Augsburg
Scopul #1: Economisiți bani. Blogul CW din decembrie 2021, „Senzori cu ultrasunete personalizați pentru optimizarea și controlul proceselor compozite”, descrie munca de la Universitatea din Augsburg (UNA, Augsburg, Germania) pentru a dezvolta o rețea de 74 de senzori care pentru CosiMo proiect pentru fabricarea unui demonstrator de capac a bateriei EV (materiale compozite în transportul inteligent). Piesa este fabricată utilizând turnare prin transfer de rășină termoplastică (T-RTM), care polimerizează monomerul de caprolactamă in situ într-un compozit de poliamidă 6 (PA6). Markus Sause, profesor la UNA și șeful rețelei de producție de inteligență artificială (AI) UNA din Augsburg, explică de ce senzorii sunt atât de importanți: „Cel mai mare avantaj pe care îl oferim este vizualizarea a ceea ce se întâmplă în interiorul cutiei negre în timpul procesării.În prezent, majoritatea producătorilor au sisteme limitate pentru a realiza acest lucru.De exemplu, ei folosesc senzori foarte simpli sau specifici atunci când folosesc infuzia de rășină pentru a face piese aerospațiale mari.Dacă procesul de infuzie merge prost, practic aveți o bucată mare de resturi.Dar dacă aveți o soluție pentru a înțelege ce a mers prost în procesul de producție și de ce, puteți să o remediați și să o corectați, economisind mulți bani.”
Termocuplurile sunt un exemplu de „senzor simplu sau specific” care a fost folosit de zeci de ani pentru a monitoriza temperatura laminatelor compozite în timpul întăririi în autoclave sau în cuptor. Sunt chiar folosite pentru a controla temperatura în cuptoare sau pături de încălzire pentru a întări plasturi de reparare compozite folosind lipitori termici. Producătorii de rășină folosesc o varietate de senzori în laborator pentru a monitoriza modificările vâscozității rășinii de-a lungul timpului și a temperaturii pentru a dezvolta formulări de întărire. Ceea ce apare, totuși, este o rețea de senzori care poate vizualiza și controla procesul de fabricație in situ pe baza parametri multipli (de exemplu, temperatura și presiunea) și starea materialului (de exemplu, vâscozitatea, agregarea, cristalizarea).
De exemplu, senzorul cu ultrasunete dezvoltat pentru proiectul CosiMo folosește aceleași principii ca și inspecția cu ultrasunete, care a devenit pilonul de bază al testării nedistructive (NDI) a pieselor compozite finite. Petros Karapapas, inginer principal la Meggitt (Loughborough, Marea Britanie), a spus: „Scopul nostru este de a minimiza timpul și forța de muncă necesare pentru inspecția post-producție a componentelor viitoare pe măsură ce ne îndreptăm către producția digitală.”Colaborarea Centrului de Materiale (NCC, Bristol, Marea Britanie) pentru a demonstra monitorizarea unui inel EP 2400 Solvay (Alpharetta, GA, SUA) în timpul RTM utilizând un senzor dielectric liniar dezvoltat la Universitatea Cranfield (Cranfield, Marea Britanie) Flux și întărire de oxirășină pentru o Carcasă compozită de 1,3 m lungime, 0,8 m lățime și 0,4 m adâncime pentru un schimbător de căldură pentru un motor de aeronave comerciale. „În timp ce ne uitam la cum să facem ansambluri mai mari cu o productivitate mai mare, nu ne-am putut permite să facem toate inspecțiile tradiționale post-procesare și testarea fiecărei părți”, a spus Karapapas. „În acest moment, realizăm panouri de testare lângă aceste piese RTM și apoi facem teste mecanice pentru a valida ciclul de întărire.Dar cu acest senzor, asta nu este necesar.”
Sonda Collo este scufundată în vasul de amestecare a vopselei (cercul verde în partea de sus) pentru a detecta când amestecarea este completă, economisind timp și energie. Credit imagine: ColloidTek Oy
„Scopul nostru nu este să fim un alt dispozitiv de laborator, ci să ne concentrăm pe sistemele de producție”, spune Matti Järveläinen, CEO și fondator ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finlanda). Blogul CW ianuarie 2022 „Fingerprint Liquids for Composites” explorează Collo. combinație de senzori de câmp electromagnetic (EMF), procesare a semnalului și analiză a datelor pentru a măsura „amprenta” oricărui lichid, cum ar fi monomeri, rășini sau adezivi. „Ceea ce oferim este o nouă tehnologie care oferă feedback direct în timp real, astfel încât să puteți înțelegeți mai bine cum funcționează de fapt procesul dumneavoastră și reacționează atunci când lucrurile merg prost”, spune Järveläinen. „Senzorii noștri convertesc datele în timp real în cantități fizice ușor de înțeles și acționabile, cum ar fi vâscozitatea reologică, care permit optimizarea procesului.De exemplu, puteți scurta timpii de amestecare, deoarece puteți vedea clar când amestecarea este completă.Prin urmare, cu You puteți crește productivitatea, economisi energie și reduce deșeurile în comparație cu procesarea mai puțin optimizată.”
Scopul #2: Creșterea cunoștințelor și vizualizării procesului. Pentru procese precum agregarea, Järveläinen spune: „Nu vezi multe informații dintr-un instantaneu.Doar luați o probă și intrați în laborator și vă uitați la cum a fost acum câteva minute sau ore.Este ca și cum ai conduce pe autostradă, în fiecare oră Deschide-ți ochii pentru un minut și încearcă să prezici unde merge drumul.”Sause este de acord, menționând că rețeaua de senzori dezvoltată în CosiMo „ne ajută să obținem o imagine completă a procesului și a comportamentului materialului.Putem observa efectele locale în proces, ca răspuns la variațiile în grosimea părții sau a materialelor integrate, cum ar fi miezul de spumă.Ceea ce încercăm să facem este să oferim informații despre ceea ce se întâmplă de fapt în matriță.Acest lucru ne permite să determinăm diverse informații, cum ar fi forma frontului de flux, sosirea fiecărui timp parțial și gradul de agregare la fiecare locație a senzorului.”
Collo lucrează cu producătorii de adezivi epoxidici, vopsele și chiar bere pentru a crea profile de proces pentru fiecare lot produs. Acum fiecare producător poate vizualiza dinamica procesului său și poate seta parametri mai optimizați, cu alerte pentru a interveni atunci când loturile sunt în afara specificațiilor. Acest lucru ajută stabilizați și îmbunătățiți calitatea.
Video cu frontul de curgere într-o parte CosiMo (intrarea injecției este punctul alb din centru) în funcție de timp, pe baza datelor de măsurare dintr-o rețea de senzori în matriță. Credit imagine: proiect CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Universitatea din Augsburg
„Vreau să știu ce se întâmplă în timpul fabricării pieselor, nu să deschid cutia și să văd ce se întâmplă după aceea”, spune Karapapas de la Meggitt. „Produsele pe care le-am dezvoltat folosind senzorii dielectrici de la Cranfield ne-au permis să vedem procesul in-situ și am putut, de asemenea pentru a verifica întărirea rășinii.”Folosind toate cele șase tipuri de senzori descrise mai jos (nu o listă exhaustivă, doar o selecție mică, furnizori, de asemenea), poate monitoriza întărirea/polimerizarea și fluxul de rășină. Unii senzori au capacități suplimentare, iar tipurile de senzori combinate pot extinde posibilitățile de urmărire și vizualizare în timpul turnării compozite. Acest lucru a fost demonstrat în timpul CosiMo, care a folosit senzori cu ultrasunete, dielectrici și piezoresistivi în mod pentru măsurători de temperatură și presiune de către Kistler (Winterthur, Elveția).
Scopul #3: Reduceți timpul ciclului. Senzorii Collo pot măsura uniformitatea epoxidicei din două părți cu întărire rapidă, deoarece părțile A și B sunt amestecate și injectate în timpul RTM și în fiecare locație din matriță în care sunt plasați astfel de senzori. Acest lucru ar putea ajuta la activarea rășini cu întărire mai rapidă pentru aplicații precum Urban Air Mobility (UAM), care ar oferi cicluri de întărire mai rapide în comparație cu epoxicile actuale dintr-o singură parte, cum ar fi RTM6.
Senzorii Collo pot, de asemenea, monitoriza și vizualiza epoxidul în curs de degazare, injectare și întărire și când fiecare proces este finalizat. Întărirea de finisare și alte procese bazate pe starea reală a materialului procesat (față de rețetele tradiționale de timp și temperatură) se numește managementul stării materialului. (MSM). Companii precum AvPro ​​​​(Norman, Oklahoma, SUA) urmăresc MSM de zeci de ani pentru a urmări schimbările în materialele și procesele pieselor, deoarece urmărește obiective specifice pentru temperatura de tranziție sticloasă (Tg), vâscozitate, polimerizare și/sau cristalizare .De exemplu, o rețea de senzori și analiză digitală în CosiMo au fost folosite pentru a determina timpul minim necesar pentru încălzirea presei și matriței RTM și a constatat că 96% din polimerizarea maximă a fost realizată în 4,5 minute.
Furnizorii de senzori dielectrici precum Lambient Technologies (Cambridge, MA, SUA), Netzsch (Selb, Germania) și Synthesites (Uccle, Belgia) și-au demonstrat, de asemenea, capacitatea de a reduce timpii de ciclu. Proiectul de cercetare și dezvoltare al Synthesites cu producătorii de compozite Hutchinson (Paris, Franța). ) și Bombardier Belfast (acum Spirit AeroSystems (Belfast, Irlanda)) raportează că, pe baza măsurătorilor în timp real ale rezistenței și temperaturii rășinii, prin unitatea sa de achiziție de date Optimold și software-ul Optiview convertesc la vâscozitatea estimată și Tg. „Producătorii pot vedea Tg. în timp real, astfel încât să poată decide când să oprească ciclul de întărire”, explică Nikos Pantelelis, Director al Synthesites. „Nu trebuie să aștepte pentru a finaliza un ciclu de transfer care este mai lung decât este necesar.De exemplu, ciclul tradițional pentru RTM6 este o întărire completă de 2 ore la 180°C.Am văzut că acest lucru poate fi scurtat la 70 de minute în unele geometrii.Acest lucru a fost demonstrat și în proiectul INNOTOOL 4.0 (vezi „Accelerarea RTM cu senzori de flux de căldură”), unde utilizarea unui senzor de flux de căldură a scurtat ciclul de întărire RTM6 de la 120 de minute la 90 de minute.
Scopul #4: Controlul în buclă închisă al proceselor adaptive. Pentru proiectul CosiMo, scopul final este automatizarea controlului în buclă închisă în timpul producției de piese compozite. Acesta este, de asemenea, scopul proiectelor ZAero și iComposite 4.0 raportate de CW în 2020 (reducere de 30-50% a costurilor). Rețineți că acestea implică procese diferite – plasarea automată a benzii preimpregnate (ZAero) și preformarea prin pulverizare de fibre în comparație cu T-RTM de înaltă presiune în CosiMo pentru RTM cu epoxidice cu întărire rapidă (iComposite 4.0). Toate dintre aceste proiecte folosesc senzori cu modele și algoritmi digitali pentru a simula procesul și a prezice rezultatul piesei finite.
Controlul procesului poate fi gândit ca o serie de pași, a explicat Sause. Primul pas este integrarea senzorilor și a echipamentelor de proces, a spus el, „pentru a vizualiza ce se întâmplă în cutia neagră și parametrii care trebuie utilizați.Ceilalți câțiva pași, poate jumătate din controlul în buclă închisă, sunt capacitatea de a apăsa butonul de oprire pentru a interveni, de a regla procesul și de a preveni piesele respinse.Ca pas final, puteți dezvolta un geamăn digital, care poate fi automatizat, dar necesită și investiții în metode de învățare automată.”În CosiMo, această investiție permite senzorilor să introducă date în geamănul digital, analiza Edge (calculele efectuate la marginea liniei de producție versus calculele dintr-un depozit central de date) este apoi utilizată pentru a prezice dinamica frontului de curgere, conținutul de volum de fibre per preformă textilă. și potențiale pete uscate.” În mod ideal, puteți stabili setări pentru a permite controlul și reglarea în buclă închisă în proces”, a spus Sause. „Aceștia vor include parametri precum presiunea de injecție, presiunea matriței și temperatura.De asemenea, puteți utiliza aceste informații pentru a vă optimiza materialul.”
Procedând astfel, companiile folosesc senzori pentru a automatiza procesele. De exemplu, Synthesites lucrează cu clienții săi pentru a integra senzori cu echipamente pentru a închide orificiul de admisie a rășinii când perfuzia este completă sau pentru a porni presa de căldură când se obține vindecarea țintă.
Järveläinen notează că, pentru a determina care senzor este cel mai bun pentru fiecare caz de utilizare, „trebuie să înțelegeți ce schimbări în material și proces doriți să monitorizați, apoi trebuie să aveți un analizor”.Un analizor achiziționează datele colectate de un interogator sau de o unitate de achiziție a datelor.date brute și convertiți-le în informații utilizabile de către producător.” De fapt, vedeți o mulțime de companii integrând senzori, dar apoi nu fac nimic cu datele”, a spus Sause. Ceea ce este necesar, a explicat el, este „un sistem de achiziție de date, precum și o arhitectură de stocare a datelor pentru a putea procesa datele.”
„Utilizatorii finali nu vor doar să vadă date brute”, spune Järveläinen. „Ei vor să știe, „Este procesul optimizat?”” Când poate fi făcut următorul pas?” Pentru a face acest lucru, trebuie să combinați mai mulți senzori pentru analiză și apoi folosiți învățarea automată pentru a accelera procesul.”Această analiză de margine și abordare de învățare automată utilizată de echipa Collo și CosiMo poate fi realizată prin hărți de vâscozitate, modele numerice ale frontului fluxului de rășină și este vizualizată capacitatea de a controla în cele din urmă parametrii procesului și mașinile.
Optimold este un analizor dezvoltat de Synthesites pentru senzorii săi dielectrici. Controlat de software-ul Optiview de la Synthesites, unitatea Optimold utilizează măsurători de temperatură și rezistență la rășină pentru a calcula și afișa grafice în timp real pentru a monitoriza starea rășinii, inclusiv raportul de amestec, îmbătrânirea chimică, vâscozitatea, Tg. și gradul de întărire. Poate fi utilizat în procesele de preimpregnat și de formare lichidă. O unitate separată Optiflow este utilizată pentru monitorizarea debitului. Synthesites a dezvoltat, de asemenea, un simulator de întărire care nu necesită un senzor de întărire în matriță sau piesă, ci folosește în schimb un senzor de temperatură și mostre de rășină/preimpregnat în această unitate de analiză. „Utilizam această metodă de ultimă generație pentru întărirea prin perfuzie și adeziv pentru producția de palete de turbine eoliene”, a declarat Nikos Pantelelis, director al Synthesites.
Sistemele de control al procesului Synthesites integrează senzori, unități de achiziție de date Optiflow și/sau Optimold și software-ul OptiView și/sau Online Resin Status (ORS). Credit imagine: Synthesites, editat de The CW
Prin urmare, majoritatea furnizorilor de senzori și-au dezvoltat propriile analizoare, unii folosind învățarea automată, iar alții nu. Dar producătorii de compozite își pot dezvolta și propriile sisteme personalizate sau pot cumpăra instrumente standard și le pot modifica pentru a satisface nevoi specifice. Cu toate acestea, capacitatea analizorului este un singur factor de luat în considerare.Sunt mulți alții.
Contactul este, de asemenea, o considerație importantă atunci când alegeți ce senzor să utilizați. Este posibil ca senzorul să fie în contact cu materialul, interogatorul sau ambele. De exemplu, fluxul de căldură și senzorii cu ultrasunete pot fi introduși într-o matriță RTM la 1-20 mm de la suprafața – monitorizarea precisă nu necesită contact cu materialul din matriță. Senzorii cu ultrasunete pot interoga piese și la diferite adâncimi în funcție de frecvența utilizată. Senzorii electromagnetici Collo pot citi și adâncimea lichidelor sau a pieselor – 2-10 cm, în funcție de pe frecvenţa interogării – şi prin recipiente nemetalice sau unelte în contact cu răşina.
Cu toate acestea, microfirele magnetice (vezi „Monitorizarea fără contact a temperaturii și presiunii din interiorul compozitelor”) sunt în prezent singurii senzori capabili să interogheze compozitele la o distanță de 10 cm. Acest lucru se datorează faptului că utilizează inducția electromagnetică pentru a provoca un răspuns de la senzor, care este încorporat în materialul compozit. Senzorul cu microfir ThermoPulse de la AvPro, încorporat în stratul de legătură adeziv, a fost interogat printr-un laminat de fibră de carbon de 25 mm grosime pentru a măsura temperatura în timpul procesului de lipire. Deoarece microfirele au un diametru păros de 3-70 microni, nu afectează performanța compozitelor sau a liniei de legătură. La diametre puțin mai mari de 100-200 microni, senzorii cu fibră optică pot fi încorporați și fără a degrada proprietățile structurale. Cu toate acestea, deoarece folosesc lumina pentru a măsura, senzorii cu fibră optică trebuie să aibă o conexiune prin cablu la interogator. De asemenea, deoarece senzorii dielectrici folosesc tensiune pentru a măsura proprietățile rășinii, ei trebuie, de asemenea, să fie conectați la un interogator șimajoritatea trebuie să fie și în contact cu rășina pe care o monitorizează.
Senzorul Collo Probe (sus) poate fi scufundat în lichide, în timp ce placa Collo (inferioară) este instalată în peretele unui vas/vas de amestec sau al conductei de proces/al liniei de alimentare. Credit imagine: ColloidTek Oy
Capacitatea de temperatură a senzorului este o altă considerație cheie. De exemplu, majoritatea senzorilor cu ultrasunete din raft funcționează de obicei la temperaturi de până la 150°C, dar piesele din CosiMo trebuie să fie formate la temperaturi peste 200°C. Prin urmare, UNA a trebuit să proiecteze un senzor ultrasonic cu această capacitate. Senzorii dielectrici de unică folosință Lambient pot fi utilizați pe suprafețele pieselor de până la 350°C, iar senzorii săi reutilizabili în matriță pot fi utilizați până la 250°C. RVmagnetics (Kosice, Slovacia) a dezvoltat senzorul său cu microfir pentru materiale compozite care pot rezista la întărire la 500°C. În timp ce tehnologia senzorului Collo în sine nu are o limită teoretică de temperatură, scutul din sticlă călită pentru placa Collo și noua carcasă de polieteretercetonă (PEEK) pentru Sonda Collo sunt ambele testate pentru funcționare continuă la 150°C, conform Järveläinen. Între timp, PhotonFirst (Alkmaar, Țările de Jos) a folosit un strat de poliimidă pentru a asigura o temperatură de funcționare de 350°C pentru senzorul său cu fibră optică pentru proiectul SuCoHSect, pentru un compozit durabil și rentabil la temperatură înaltă.
Un alt factor de luat în considerare, în special pentru instalare, este dacă senzorul măsoară într-un singur punct sau este un senzor liniar cu mai multe puncte de detectare. De exemplu, senzorii cu fibră optică Com&Sens (Eke, Belgia) pot avea o lungime de până la 100 de metri și sunt prezenți. până la 40 de puncte de detectare a rețelei Bragg de fibre (FBG) cu o distanță minimă de 1 cm. Acești senzori au fost utilizați pentru monitorizarea sănătății structurale (SHM) a podurilor compozite lungi de 66 de metri și pentru monitorizarea fluxului de rășină în timpul infuziei de poduri mari. Senzorii punctiali individuali pentru un astfel de proiect ar necesita un număr mare de senzori și mult timp de instalare. NCC și Universitatea Cranfield susțin avantaje similare pentru senzorii lor dielectrici liniari. În comparație cu senzorii dielectrici cu un singur punct oferiți de Lambient, Netzsch și Synthesites, „ Cu senzorul nostru liniar, putem monitoriza fluxul de rășină în mod continuu pe lungime, ceea ce reduce semnificativ numărul de senzori necesari pentru piesă sau unealtă.”
AFP NLR pentru senzori cu fibră optică O unitate specială este integrată în al 8-lea canal al capului Coriolis AFP pentru a plasa patru rețele de senzori cu fibră optică într-un panou de testare compozit armat cu fibră de carbon la temperatură ridicată. Credit imagine: SuCoHS Project, NLR
Senzorii liniari ajută, de asemenea, la automatizarea instalațiilor. În proiectul SuCoHS, Royal NLR (Dutch Aerospace Centre, Marknesse) a dezvoltat o unitate specială integrată în cel de-al 8-lea canal Automated Fiber Placement (AFP), șeful Coriolis Composites (Queven, Franța) pentru a încorpora patru matrice ( linii separate de fibră optică), fiecare cu 5 până la 6 senzori FBG (PhotonFirst oferă un total de 23 de senzori), în panouri de testare din fibră de carbon. lungă pentru majoritatea microfirelor compozite], dar sunt plasate automat în mod continuu atunci când bara de armare este produsă”, a declarat Ratislav Varga, co-fondator al RVmagnetics.„Aveți un microfir cu un microfir de 1 km.bobine de filament și alimentează-l în instalația de producție a armaturii fără a schimba modul în care este fabricată bara de armare.”Între timp, Com&Sens lucrează la o tehnologie automatizată pentru a încorpora senzori cu fibră optică în timpul procesului de înfășurare a filamentului în vasele sub presiune.
Datorită capacității sale de a conduce electricitatea, fibra de carbon poate cauza probleme cu senzorii dielectrici. Senzorii dielectrici folosesc doi electrozi plasați unul lângă celălalt. „Dacă fibrele unesc electrozii, ei scurtcircuita senzorul”, explică fondatorul Lambient Huan Lee. În acest caz, folosiți un filtru.” Filtrul lasă rășina să treacă prin senzori, dar îi izolează de fibra de carbon.”Senzorul dielectric liniar dezvoltat de Universitatea Cranfield și NCC utilizează o abordare diferită, inclusiv două perechi răsucite de fire de cupru. Când se aplică o tensiune, se creează un câmp electromagnetic între fire, care este folosit pentru a măsura impedanța rășinii. Firele sunt acoperite. cu un polimer izolator care nu afectează câmpul electric, dar previne scurtcircuitarea fibrei de carbon.
Desigur, costul este, de asemenea, o problemă. Com&Sens afirmă că costul mediu per punct de detectare FBG este de 50-125 de euro, care poate scădea la aproximativ 25-35 de euro dacă este utilizat în loturi (de exemplu, pentru 100.000 de recipiente sub presiune). (Acesta este doar o fracțiune din capacitatea de producție actuală și proiectată a vaselor sub presiune compozite, vezi articolul CW din 2021 despre hidrogen.) Karapapas de la Meggitt spune că a primit oferte pentru linii de fibră optică cu senzori FBG în medie de 250 GBP/senzor (≈300 EUR/senzor), interogatorul valorează aproximativ 10.000 de lire sterline (12.000 de euro). „Senzorul dielectric liniar pe care l-am testat a fost mai mult ca un fir acoperit pe care îl puteți cumpăra de la raft”, a adăugat el. „Interogatorul pe care îl folosim”, adaugă Alex Skordos, cititor ( cercetător senior) în Composites Process Science de la Universitatea Cranfield, „este un analizor de impedanță, care este foarte precis și costă cel puțin 30.000 de lire sterline [≈ 36.000 de euro], dar NCC folosește un interogator mult mai simplu, care constă în esență de la raft. module de la compania comercială Advise Deta [Bedford, Marea Britanie].”Synthesites cotează 1.190 EUR pentru senzori în matriță și 20 EUR pentru senzori de unică folosință/piese În EUR, Optiflow este cotat la 3.900 EUR și Optimold la 7.200 EUR, cu reduceri crescânde pentru mai multe unități de analiză. Aceste prețuri includ software-ul Optiview și orice sprijinul necesar, a spus Pantelelis, adăugând că producătorii de palete eoliene economisesc 1,5 ore pe ciclu, adaugă palete pe linie pe lună și reduc consumul de energie cu 20%, cu o rentabilitate a investiției de numai patru luni.
Companiile care folosesc senzori vor câștiga un avantaj pe măsură ce producția digitală compozite 4.0 evoluează. De exemplu, spune Grégoire Beauduin, director de dezvoltare a afacerilor la Com&Sens, „Pe măsură ce producătorii de recipiente sub presiune încearcă să reducă greutatea, utilizarea materialelor și costurile, ei pot folosi senzorii noștri pentru a justifica proiectele lor și monitorizează producția pe măsură ce ating nivelurile cerute până în 2030. Aceiași senzori utilizați pentru a evalua nivelurile de deformare din straturi în timpul înfășurării și întăririi filamentului pot, de asemenea, monitoriza integritatea rezervorului în timpul a mii de cicluri de realimentare, pot prezice întreținerea necesară și pot recertifica la sfârșitul proiectării. viaţă.Putem Pentru fiecare vas sub presiune compozit produs este furnizat un grup de date digital dublu, iar soluția este dezvoltată și pentru sateliți.”
Activarea gemenelor și firelor digitale Com&Sens lucrează cu un producător de compozite pentru a-și folosi senzorii cu fibră optică pentru a permite fluxul de date digitale prin proiectare, producție și service (dreapta) pentru a susține cărți de identitate digitale care acceptă geamănul digital al fiecărei piese (stânga) realizate. Credit imagine: Com&Sens și Figura 1, „Engineering with Digital Threads” de V. Singh, K. Wilcox.
Astfel, datele senzorilor susțin geamănul digital, precum și firul digital care acoperă proiectare, producție, operațiuni de service și uzură. Atunci când sunt analizate folosind inteligența artificială și învățarea automată, aceste date sunt reintroduse în proiectare și procesare, îmbunătățind performanța și sustenabilitatea. a schimbat, de asemenea, modul în care lanțurile de aprovizionare lucrează împreună. De exemplu, producătorul de adezivi Kiilto (Tampere, Finlanda) folosește senzori Collo pentru a-și ajuta clienții să controleze raportul dintre componentele A, B etc. în echipamentele lor de amestecare a adezivilor multicomponente.” Kiilto poate ajusta acum compoziția adezivilor săi pentru clienții individuali”, spune Järveläinen, „dar, de asemenea, permite Kiilto să înțeleagă cum interacționează rășinile în procesele clienților și cum interacționează clienții cu produsele lor, ceea ce schimbă modul în care se face aprovizionarea.Lanțurile pot lucra împreună.”
OPTO-Light folosește senzori Kistler, Netzsch și Synthesites pentru a monitoriza întărirea pieselor epoxidice CFRP supraturlate termoplastice. Credit imagine: AZL
Senzorii acceptă, de asemenea, combinații inovatoare de materiale și procese noi. Descris în articolul CW din 2019 despre proiectul OPTO-Light (vezi „Termoseturi de supramulare termoplastică, ciclu de 2 minute, o baterie”), AZL Aachen (Aachen, Germania) folosește un sistem în doi pași. proces de comprimare orizontală a unui singur material preimpregnat din fibră de carbon To (UD)/epoxidice, apoi supraformat cu PA6 armat cu fibră de sticlă scurtă 30%. Cheia este să întăriți doar parțial preimpregnatul, astfel încât reactivitatea rămasă în epoxidă să permită lipirea la termoplastic. .AZL folosește analizoare Optimold și Netzsch DEA288 Epsilon cu senzori dielectrici Synthesites și Netzsch și senzori Kistler în matriță și software DataFlow pentru a optimiza turnarea prin injecție.” Trebuie să aveți o înțelegere profundă a procesului de turnare prin compresie preimpregnată, deoarece trebuie să vă asigurați că înțelegeți starea de întărire pentru a obține o conexiune bună cu supramularea termoplasticului”, explică inginerul de cercetare AZL Richard Schares.„În viitor, procesul poate fi adaptativ și inteligent, rotația procesului este declanșată de semnalele senzorilor.”
Cu toate acestea, există o problemă fundamentală, spune Järveläinen, „și aceasta este lipsa de înțelegere a clienților cu privire la modul de integrare a acestor senzori diferiți în procesele lor.Majoritatea companiilor nu au experți în senzori.”În prezent, calea de urmat necesită ca producătorii de senzori și clienții să facă schimb de informații înainte și înapoi. Organizații precum AZL, DLR (Augsburg, Germania) și NCC dezvoltă expertiză multi-senzori. Sause a spus că există grupuri în cadrul UNA, precum și spin-off. companiile care oferă servicii de integrare a senzorilor și digital twin. El a adăugat că rețeaua de producție Augsburg AI a închiriat o instalație de 7.000 de metri pătrați în acest scop, „extinzând planul de dezvoltare al CosiMo la un domeniu foarte larg, inclusiv celule de automatizare legate, în care partenerii industriali. poate plasa mașini, rula proiecte și învață cum să integreze noi soluții AI.”
Carapappas a spus că demonstrația senzorului dielectric de la Meggitt la NCC a fost doar primul pas în acest sens. „În cele din urmă, vreau să-mi monitorizez procesele și fluxurile de lucru și să le introduc în sistemul nostru ERP, astfel încât să știu din timp ce componente să produc, pe ce oameni. nevoie și ce materiale să comanzi.Automatizarea digitală se dezvoltă.”
Bine ați venit la SourceBook online, care corespunde ediției anuale tipărite a CompositesWorld a SourceBook Composites Industry Buyer's Guide.
Spirit AeroSystems implementează Airbus Smart Design pentru fuselajul central al A350 și elementele frontale din Kingston, NC


Ora postării: 20-mai-2022