Talijanski OEM i Tier 1 dobavljač Leonardo surađivao je s CETMA odjelom za istraživanje i razvoj na razvoju novih kompozitnih materijala, strojeva i procesa, uključujući indukcijsko zavarivanje za konsolidaciju termoplastičnih kompozita na licu mjesta.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, predvodnik u proizvodnji kompozitnih materijala, proizvodi jednodijelne cijevi trupa za Boeing 787. Surađuje s CETMA-om na razvoju novih tehnologija uključujući kontinuirano kompresijsko kalupljenje (CCM) i SQRTM (dno).Tehnologija proizvodnje.Izvor |Leonardo i CETMA
Ovaj se blog temelji na mom intervjuu sa Stefanom Corvagliom, inženjerom materijala, direktorom istraživanja i razvoja i upraviteljem intelektualnog vlasništva Leonardovog odjela za strukturu zrakoplova (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, proizvodni pogoni Nola, južna Italija), i intervjuu s dr. Silviom Pappadàom, istraživačem inženjer i pročelnik.Projekt suradnje CETMA (Brindisi, Italija) i Leonardo.
Leonardo (Rim, Italija) jedan je od najvećih svjetskih igrača u području zrakoplovstva, obrane i sigurnosti, s prometom od 13,8 milijardi eura i više od 40.000 zaposlenika diljem svijeta.Tvrtka nudi sveobuhvatna rješenja za zrak, kopno, more, svemir, mrežu i sigurnost te bespilotne sustave diljem svijeta.Leonardovo ulaganje u istraživanje i razvoj iznosi približno 1,5 milijardi eura (11% prihoda u 2019.), što je drugo mjesto u Europi i četvrto u svijetu po ulaganju u istraživanje u području zrakoplovstva i obrane.
Leonardo Aerostructures proizvodi jednodijelne kompozitne cijevi trupa za dijelove 44 i 46 Boeinga 787 Dreamliner.Izvor |Leonardo
Leonardo, preko svog odjela za strukturu zrakoplovstva, osigurava glavne svjetske programe civilnih zrakoplova s proizvodnjom i montažom velikih strukturnih komponenti od kompozitnih i tradicionalnih materijala, uključujući trup i rep.
Leonardo Aerostructures proizvodi kompozitne horizontalne stabilizatore za Boeing 787 Dreamliner.Izvor |Leonardo
Što se tiče kompozitnih materijala, Leonardov Aerospace Structure Division proizvodi "jednodijelne cijevi" za središnje dijelove trupa Boeinga 787 44 i 46 u svojoj tvornici Grottaglie i horizontalne stabilizatore u svojoj tvornici Foggia, što čini približno 14% trupa 787.%.Proizvodnja ostalih kompozitnih strukturnih proizvoda uključuje proizvodnju i sastavljanje stražnjeg krila komercijalnih zrakoplova ATR i Airbus A220 u tvornici Foggia.Foggia također proizvodi kompozitne dijelove za Boeing 767 i vojne programe, uključujući Joint Strike Fighter F-35, lovac Eurofighter Typhoon, vojni transportni zrakoplov C-27J i Falco Xplorer, najnoviji član obitelji Falco bespilotnih letjelica proizvedenih od strane Leonarda.
„Zajedno s tvrtkom CETMA, radimo mnoge aktivnosti, kao što su termoplastični kompoziti i kalupljenje za prijenos smole (RTM),” rekao je Corvaglia.“Naš cilj je pripremiti aktivnosti istraživanja i razvoja za proizvodnju u najkraćem mogućem vremenu.U našem odjelu (R&D i upravljanje IP-om) također tražimo disruptivne tehnologije s nižim TRL-om (tehnička razina spremnosti, tj. Niži TRL je u povoju i dalje je od proizvodnje), ali se nadamo da ćemo biti konkurentniji i pružiti pomoć kupcima oko svijet."
Pappadà je dodao: “Od naših zajedničkih napora, naporno radimo na smanjenju troškova i utjecaja na okoliš.Otkrili smo da su termoplastični kompoziti (TPC) smanjeni u usporedbi s duroplastičnim materijalima.”
Corvaglia je istaknuo: "Razvili smo ove tehnologije zajedno sa Silviovim timom i izradili neke automatizirane prototipove baterija kako bismo ih procijenili u proizvodnji."
"CCM je sjajan primjer naših zajedničkih napora", rekao je Pappadà.“Leonardo je identificirao određene komponente izrađene od duroplastičnih kompozitnih materijala.Zajedno smo istražili tehnologiju pružanja ovih komponenti u TPC-u, fokusirajući se na mjesta gdje postoji veliki broj dijelova na zrakoplovu, kao što su spojne strukture i jednostavni geometrijski oblici.Uspravni stupovi.”
Dijelovi proizvedeni pomoću CETMA-ine proizvodne linije za kontinuirano kompresijsko kalupljenje.Izvor |“CETMA: Talijanska inovacija u istraživanju i razvoju kompozitnih materijala”
Nastavio je: "Potrebna nam je nova proizvodna tehnologija s niskim troškovima i visokom produktivnošću."Istaknuo je kako je u prošlosti tijekom proizvodnje pojedine komponente TPC-a nastajala velika količina otpada.“Dakle, proizveli smo mrežasti oblik temeljen na neizotermalnoj tehnologiji kompresijskog kalupljenja, ali napravili smo neke inovacije (patent u postupku) kako bismo smanjili otpad.Dizajnirali smo potpuno automatsku jedinicu za to, a onda ju je talijanska tvrtka napravila za nas.“
Prema Pappadà, jedinica može proizvesti komponente koje je dizajnirao Leonardo, "jednu komponentu svakih 5 minuta, radeći 24 sata dnevno."Međutim, njegov je tim tada morao smisliti kako proizvesti predforme.Objasnio je: "U početku nam je trebao postupak ravnog laminiranja, jer je to u to vrijeme bilo usko grlo."“Dakle, naš proces je započeo s blankom (ravnim laminatom), a zatim ga je zagrijavao u infracrvenoj (IR) pećnici., A zatim stavite u prešu za oblikovanje.Ravni laminati obično se proizvode pomoću velikih preša, koje zahtijevaju 4-5 sati ciklusa.Odlučili smo proučiti novu metodu koja može brže proizvesti ravne laminate.Stoga smo u Leonardu uz podršku inženjera razvili visokoproduktivnu CCM proizvodnu liniju u CETMA-i.Smanjili smo vrijeme ciklusa od 1m za 1m dijelova na 15 minuta.Ono što je važno je da je ovo kontinuirani proces, tako da možemo proizvoditi neograničene duljine.”
Kamera s infracrvenom toplinskom slikom (IRT) u SPARE progresivnoj liniji za oblikovanje valjaka pomaže CETMA-i da razumije raspodjelu temperature tijekom procesa proizvodnje i generira 3D analizu za provjeru računalnog modela tijekom procesa razvoja CCM-a.Izvor |“CETMA: Talijanska inovacija u istraživanju i razvoju kompozitnih materijala”
Međutim, kakav je ovaj novi proizvod u usporedbi s CCM-om koji Xperion (sada XELIS, Markdorf, Njemačka) koristi više od deset godina?Pappadà je rekao: "Razvili smo analitičke i numeričke modele koji mogu predvidjeti nedostatke kao što su šupljine."„Surađivali smo s Leonardom i Sveučilištem Salento (Lecce, Italija) kako bismo razumjeli parametre i njihov utjecaj na kvalitetu.Koristimo te modele za razvoj ovog novog CCM-a, gdje možemo imati veliku debljinu, ali također možemo postići visoku kvalitetu.S ovim modelima ne samo da možemo optimizirati temperaturu i tlak, već i optimizirati njihovu metodu primjene.Možete razviti mnoge tehnike za ravnomjernu raspodjelu temperature i tlaka.Međutim, moramo razumjeti utjecaj ovih čimbenika na mehanička svojstva i rast defekata kompozitnih struktura.”
Pappadà je nastavio: “Naša tehnologija je fleksibilnija.Slično tome, CCM je razvijen prije 20 godina, ali o njemu nema podataka jer nekoliko tvrtki koje ga koriste ne dijele znanje i stručnost.Stoga moramo početi od nule, samo na temelju našeg razumijevanja kompozitnih materijala i obrade.”
"Sada prolazimo kroz interne planove i radimo s kupcima kako bismo pronašli komponente ovih novih tehnologija", rekao je Corvaglia."Ove dijelove će možda trebati redizajnirati i ponovno kvalificirati prije početka proizvodnje."Zašto?“Cilj je napraviti što lakšu letjelicu, ali po konkurentnoj cijeni.Stoga moramo optimizirati i debljinu.Međutim, možemo otkriti da jedan dio može smanjiti težinu ili identificirati više dijelova sličnih oblika, što može uštedjeti mnogo novca.”
Ponovio je da je do sada ova tehnologija bila u rukama nekoliko ljudi.„Ali razvili smo alternativne tehnologije za automatizaciju ovih procesa dodavanjem naprednijih prešanih kalupa.Stavimo ravni laminat, a zatim izvadimo dio, spreman za upotrebu.U procesu smo redizajniranja dijelova i razvoja ravnih ili profiliranih dijelova.Stadij CCM-a.”
„Sada imamo vrlo fleksibilnu proizvodnu liniju CCM-a u CETMA-i,” rekao je Pappadà.“Ovdje možemo primijeniti različite pritiske prema potrebi za postizanje složenih oblika.Linija proizvoda koju ćemo razviti zajedno s Leonardom bit će više usmjerena na ispunjavanje svojih specifičnih potrebnih komponenti.Vjerujemo da se različite CCM linije mogu koristiti za ravne i u obliku slova L stringere umjesto složenijih oblika.Na ovaj način, u usporedbi s velikim prešama koje se trenutno koriste za proizvodnju složenih geometrijskih TPC dijelova, možemo smanjiti troškove opreme.”
CETMA koristi CCM za proizvodnju stringera i panela od karbonskih vlakana/PEKK jednosmjerne trake, a zatim koristi indukcijsko zavarivanje ovog demonstratora snopa kobilice za njihovo povezivanje u projektu Clean Sky 2 KEELBEMAN kojim upravlja EURECAT.Izvor|"Realiziran demonstrator za zavarivanje termoplastičnih greda kobilice."
„Indukcijsko zavarivanje vrlo je zanimljivo za kompozitne materijale, jer se temperatura može vrlo dobro podešavati i kontrolirati, zagrijavanje je vrlo brzo, a kontrola vrlo precizna“, rekao je Pappadà.“Zajedno s Leonardom razvili smo indukcijsko zavarivanje za spajanje TPC komponenti.Ali sada razmatramo korištenje indukcijskog zavarivanja za konsolidaciju na licu mjesta (ISC) TPC trake.U tu svrhu razvili smo novu traku od ugljičnih vlakana, koja se može vrlo brzo zagrijati indukcijskim zavarivanjem pomoću posebnog stroja.Traka koristi isti osnovni materijal kao komercijalna traka, ali ima drugačiju arhitekturu za poboljšanje elektromagnetskog zagrijavanja.Dok optimiziramo mehanička svojstva, također razmatramo proces kako bismo pokušali zadovoljiti različite zahtjeve, kao što je kako se s njima nositi ekonomično i učinkovito kroz automatizaciju.”
Istaknuo je da je teško postići ISC s TPC trakom uz dobru produktivnost.“Da biste ga koristili za industrijsku proizvodnju, morate brže grijati i hladiti i primjenjivati pritisak na vrlo kontroliran način.Stoga smo odlučili upotrijebiti indukcijsko zavarivanje kako bismo zagrijali samo mali prostor gdje se materijal učvršćuje, a ostatak laminata održavamo hladnim.”Pappadà kaže da je TRL za indukcijsko zavarivanje koji se koristi za sklapanje viši.“
Integracija na licu mjesta korištenjem indukcijskog grijanja čini se izuzetno destruktivnom - trenutačno nijedan drugi OEM ili dobavljač razine to ne čini javno."Da, ovo bi mogla biti disruptivna tehnologija", rekao je Corvaglia.“Prijavili smo patente za stroj i materijale.Naš cilj je proizvod usporediv s duroplastičnim kompozitnim materijalima.Mnogi ljudi pokušavaju koristiti TPC za AFP (automatsko postavljanje vlakana), ali drugi korak se mora kombinirati.Što se tiče geometrije, ovo je veliko ograničenje u smislu cijene, vremena ciklusa i veličine dijela.Zapravo, možda ćemo promijeniti način na koji proizvodimo dijelove zrakoplovstva.”
Osim termoplasta, Leonardo nastavlja s istraživanjem RTM tehnologije.“Ovo je još jedno područje u kojem surađujemo s CETMA-om, a novi razvoji temeljeni na staroj tehnologiji (u ovom slučaju SQRTM) su patentirani.Kvalificirani kalup za prijenos smole koji je izvorno razvio Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, SAD) (SQRTM).Corvaglia je rekao: „Važno je imati metodu autoklava (OOA) koja nam omogućuje korištenje materijala koji su već kvalificirani.“Ovo nam također omogućuje korištenje preprega s dobro poznatim karakteristikama i kvalitetama.Koristili smo ovu tehnologiju za dizajn, demonstraciju i prijavu patenta za okvire prozora zrakoplova.“
Unatoč COVID-19, CETMA još uvijek obrađuje Leonardo program, ovdje je prikazana upotreba SQRTM-a za izradu prozorskih struktura zrakoplova za postizanje komponenti bez grešaka i ubrzanje prethodnog oblikovanja u usporedbi s tradicionalnom RTM tehnologijom.Stoga Leonardo može zamijeniti složene metalne dijelove s mrežastim kompozitnim dijelovima bez daljnje obrade.Izvor |CETMA, Leonardo.
Pappadà je istaknuo: "Ovo je također starija tehnologija, ali ako odete na internet, ne možete pronaći informacije o ovoj tehnologiji."Još jednom, koristimo analitičke modele za predviđanje i optimizaciju parametara procesa.Ovom tehnologijom možemo postići dobru distribuciju smole-bez suhih područja ili nakupljanja smole-i gotovo nultu poroznost.Budući da možemo kontrolirati sadržaj vlakana, možemo proizvesti vrlo visoka strukturna svojstva, a tehnologija se može koristiti za proizvodnju složenih oblika.Koristimo iste materijale koji zadovoljavaju zahtjeve za stvrdnjavanje u autoklavu, ali koristimo OOA metodu, ali također možete odlučiti koristiti brzo stvrdnjavajuću smolu kako biste skratili vrijeme ciklusa na nekoliko minuta.“
„Čak i sa sadašnjim prepregom, skratili smo vrijeme stvrdnjavanja,” rekao je Corvaglia.“Na primjer, u usporedbi s normalnim ciklusom autoklava od 8-10 sati, za dijelove kao što su okviri prozora, SQRTM se može koristiti 3-4 sata.Toplina i pritisak se izravno primjenjuju na dijelove, a masa zagrijavanja je manja.Osim toga, zagrijavanje tekuće smole u autoklavu je brže od zraka, a kvaliteta dijelova je također izvrsna, što je posebno korisno za složene oblike.Bez prerade, gotovo bez šupljina i izvrsna kvaliteta površine, jer je alat u Control it, a ne vrećica za usisavanje.
Leonardo koristi razne tehnologije za inovacije.Zbog brzog razvoja tehnologije, vjeruje da je ulaganje u visokorizično istraživanje i razvoj (niski TRL) ključno za razvoj novih tehnologija potrebnih za buduće proizvode, što nadilazi inkrementalne (kratkoročne) razvojne sposobnosti koje postojeći proizvodi već posjeduju .Leonardov glavni plan istraživanja i razvoja 2030. kombinira takvu kombinaciju kratkoročnih i dugoročnih strategija, što je jedinstvena vizija za održivu i konkurentnu tvrtku.
Kao dio ovog plana, pokrenut će Leonardo Labs, međunarodnu korporativnu mrežu laboratorija za istraživanje i razvoj posvećenu istraživanju i razvoju i inovacijama.Do 2020. tvrtka će nastojati otvoriti prvih šest Leonardo laboratorija u Milanu, Torinu, Genovi, Rimu, Napulju i Tarantu, a zapošljava 68 istraživača (Leonardo Research Fellows) sa vještinama u sljedećim područjima: 36 autonomnih inteligentnih sustava za pozicije umjetne inteligencije, 15 analiza velikih podataka, 6 računalstva visokih performansi, 4 elektrifikacije zrakoplovnih platformi, 5 materijala i struktura i 2 kvantne tehnologije.Laboratorij Leonardo igrat će ulogu inovacijskog mjesta i tvorca Leonardove tehnologije budućnosti.
Vrijedno je napomenuti da se Leonardova tehnologija komercijalizirana na zrakoplovima također može primijeniti u kopnenim i pomorskim odjelima.Pratite nas za više novosti o Leonardu i njegovom potencijalnom utjecaju na kompozitne materijale.
Matrica povezuje materijal ojačan vlaknima, kompozitnoj komponenti daje njen oblik i određuje kvalitetu njezine površine.Kompozitna matrica može biti polimerna, keramička, metalna ili ugljična.Ovo je vodič za odabir.
Za kompozitne primjene, ove šuplje mikrostrukture zamjenjuju puno volumena s malom težinom i povećavaju volumen obrade i kvalitetu proizvoda.
Vrijeme objave: 9. veljače 2021