لئوناردو و CETMA: تخریب مواد کامپوزیتی برای کاهش هزینه و اثرات زیست محیطی |دنیای کامپوزیت ها

OEM ایتالیایی و تامین کننده درجه 1 لئوناردو با بخش تحقیق و توسعه CETMA برای توسعه مواد، ماشین آلات و فرآیندهای کامپوزیتی جدید، از جمله جوشکاری القایی برای ادغام کامپوزیت های ترموپلاستیک در محل، همکاری کردند.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures، پیشرو در تولید مواد کامپوزیتی، بشکه های بدنه یک تکه را برای بوئینگ 787 تولید می کند. این شرکت با CETMA برای توسعه فناوری های جدید از جمله قالب گیری فشرده سازی پیوسته (CCM) و SQRTM (پایین) همکاری می کند.فن آوری تولید.منبع |لئوناردو و CETMA
این وبلاگ بر اساس مصاحبه من با استفانو کورواگلیا، مهندس مواد، مدیر تحقیق و توسعه و مدیر مالکیت معنوی دپارتمان سازه هواپیما لئوناردو (Grottaglie، Pomigliano، Foggia، Nola، کارخانه‌های تولید نولا، جنوب ایتالیا) و مصاحبه با دکتر سیلویو پاپادا، تحقیقاتی است. مهندس و رئیسپروژه همکاری بین CETMA (بریندیزی، ایتالیا) و لئوناردو.
لئوناردو (رم، ایتالیا) با گردش مالی 13.8 میلیارد یورو و بیش از 40000 کارمند در سراسر جهان، یکی از بازیگران اصلی جهان در زمینه های هوافضا، دفاعی و امنیتی است.این شرکت راه حل های جامعی را برای هوا، زمین، دریا، فضا، شبکه و امنیت و سیستم های بدون سرنشین در سراسر جهان ارائه می دهد.سرمایه گذاری تحقیق و توسعه لئوناردو تقریباً 1.5 میلیارد یورو (11 درصد از درآمد سال 2019) است که از نظر سرمایه گذاری تحقیقاتی در زمینه های هوافضا و دفاعی در رتبه دوم اروپا و چهارمین در جهان قرار دارد.
شرکت Leonardo Aerostructures بشکه های بدنه کامپوزیتی یک تکه را برای قطعات 44 و 46 بوئینگ 787 دریم لاینر تولید می کند.منبع |لئوناردو
لئوناردو از طریق بخش ساختار هوانوردی خود، برنامه‌های اصلی هواپیماهای غیرنظامی جهان را با ساخت و مونتاژ اجزای ساختاری بزرگ از مواد مرکب و سنتی، از جمله بدنه و دم، فراهم می‌کند.
Leonardo Aerostructures تثبیت کننده های افقی کامپوزیتی را برای بوئینگ 787 Dreamliner تولید می کند.منبع |لئوناردو
از نظر مواد کامپوزیتی، بخش ساختار هوافضای لئوناردو بشکه‌های یک تکه را برای بخش‌های بدنه مرکزی بوئینگ 787 44 و 46 در کارخانه گروتاگلی و تثبیت‌کننده‌های افقی در کارخانه خود در فوجیا تولید می‌کند که تقریباً 14 درصد از بدنه 787 را تشکیل می‌دهد.٪.تولید سایر محصولات ساختار کامپوزیتی شامل ساخت و مونتاژ بال عقب هواپیماهای تجاری ATR و ایرباس A220 در کارخانه فوجیا است.فوجیا همچنین قطعات کامپوزیتی را برای بوئینگ 767 و برنامه‌های نظامی تولید می‌کند، از جمله جنگنده حمله مشترک اف-35، جنگنده یوروفایتر تایفون، هواپیمای ترابری نظامی C-27J، و فالکو ایکس‌پلورر، آخرین عضو خانواده هواپیماهای بدون سرنشین فالکو تولید شده است. توسط لئوناردو
کورواگلیا گفت: «ما همراه با CETMA فعالیت‌های زیادی را انجام می‌دهیم، مانند کامپوزیت‌های ترموپلاستیک و قالب‌گیری انتقال رزین (RTM).هدف ما این است که فعالیت های تحقیق و توسعه را برای تولید در کوتاه ترین زمان ممکن آماده کنیم.در بخش خود (R&D و مدیریت IP)، ما همچنین به دنبال فناوری های مخرب با TRL پایین تر هستیم (سطح آمادگی فنی-یعنی TRL پایین تر در حال ظهور و دورتر از تولید است)، اما امیدواریم رقابتی تر باشیم و به مشتریان در سراسر جهان کمک کنیم. دنیا.”
پاپادا اضافه کرد: از زمان تلاش های مشترک، ما سخت تلاش کرده ایم تا هزینه ها و اثرات زیست محیطی را کاهش دهیم.ما دریافتیم که کامپوزیت های ترموپلاستیک (TPC) در مقایسه با مواد ترموست کاهش یافته است.
کورواگلیا خاطرنشان کرد: ما این فناوری‌ها را همراه با تیم سیلویو توسعه دادیم و نمونه‌های اولیه باتری خودکار را برای ارزیابی آنها در تولید ساختیم.
پاپادا گفت: «CCM نمونه خوبی از تلاش های مشترک ما است.لئوناردو اجزای خاصی از مواد مرکب ترموست را شناسایی کرده است.ما با هم فناوری ارائه این قطعات را در TPC بررسی کردیم، با تمرکز بر مکان هایی که تعداد زیادی قطعات در هواپیما وجود دارد، مانند ساختارهای اتصال و اشکال هندسی ساده.قائم.”
قطعات تولید شده با استفاده از خط تولید قالب گیری فشرده سازی پیوسته CETMA.منبع |CETMA: نوآوری تحقیق و توسعه مواد کامپوزیت ایتالیایی
وی ادامه داد: نیازمند فناوری جدید تولید با هزینه کم و بهره وری بالا هستیم.وی خاطرنشان کرد: در گذشته در تولید یک قطعه TPC مقدار زیادی زباله تولید می شد.بنابراین، ما یک شکل مش را بر اساس فناوری قالب گیری فشرده سازی غیر همدما تولید کردیم، اما برای کاهش ضایعات، نوآوری هایی (در انتظار ثبت اختراع) انجام دادیم.ما یک واحد تمام اتوماتیک برای این کار طراحی کردیم و سپس یک شرکت ایتالیایی آن را برای ما ساخت."
به گفته پاپادا، این واحد می تواند قطعات طراحی شده توسط لئوناردو را تولید کند، "یک قطعه هر 5 دقیقه، 24 ساعت شبانه روز کار می کند."با این حال، تیم او سپس باید چگونگی تولید پریفرم‌ها را بیابد.وی توضیح داد: در ابتدا نیاز به فرآیند لمینیت مسطح داشتیم، زیرا در آن زمان این گلوگاه بود.بنابراین، فرآیند ما با یک لایه خالی (ورقه ورقه تخت) شروع شد و سپس آن را در یک کوره مادون قرمز (IR) حرارت داد.، و سپس برای شکل دهی در پرس قرار دهید.لمینت های تخت معمولاً با استفاده از پرس های بزرگ تولید می شوند که به 4-5 ساعت زمان چرخه نیاز دارند.ما تصمیم گرفتیم روش جدیدی را مطالعه کنیم که می تواند لمینت های مسطح را سریعتر تولید کند.بنابراین، در لئوناردو با حمایت مهندسان، ما یک خط تولید CCM با بهره وری بالا در CETMA ایجاد کردیم.ما زمان چرخه 1 متری در قسمت های 1 متری را به 15 دقیقه کاهش دادیم.آنچه مهم است این است که این یک فرآیند مداوم است، بنابراین ما می توانیم طول نامحدودی تولید کنیم.
دوربین تصویرگر حرارتی مادون قرمز (IRT) در خط شکل‌دهی رول پیشرونده SPARE به CETMA کمک می‌کند تا توزیع دما را در طول فرآیند تولید درک کند و تجزیه و تحلیل سه‌بعدی را برای تأیید مدل رایانه در طول فرآیند توسعه CCM ایجاد کند.منبع |CETMA: نوآوری تحقیق و توسعه مواد کامپوزیت ایتالیایی
با این حال، این محصول جدید با CCM که Xperion (اکنون XELIS، مارکدورف، آلمان) بیش از ده سال است که از آن استفاده می‌کند، چگونه مقایسه می‌شود؟پاپادا گفت: «ما مدل‌های تحلیلی و عددی را توسعه داده‌ایم که می‌تواند نقص‌هایی مانند فضای خالی را پیش‌بینی کند.»ما با لئوناردو و دانشگاه سالنتو (لچه، ایتالیا) برای درک پارامترها و تأثیر آنها بر کیفیت همکاری کرده‌ایم.ما از این مدل‌ها برای توسعه این CCM جدید استفاده می‌کنیم، جایی که می‌توانیم ضخامت بالایی داشته باشیم، اما می‌توانیم کیفیت بالایی نیز داشته باشیم.با این مدل ها نه تنها می توان دما و فشار را بهینه کرد، بلکه روش کاربرد آنها را نیز بهینه کرد.شما می توانید تکنیک های زیادی را برای توزیع یکنواخت دما و فشار ایجاد کنید.با این حال، ما باید تاثیر این عوامل را بر خواص مکانیکی و رشد عیب سازه‌های کامپوزیتی درک کنیم.
پاپادا ادامه داد: «فناوری ما انعطاف‌پذیرتر است.به طور مشابه، CCM 20 سال پیش توسعه یافت، اما هیچ اطلاعاتی در مورد آن وجود ندارد، زیرا معدود شرکت هایی که از آن استفاده می کنند دانش و تخصص را به اشتراک نمی گذارند.بنابراین، ما باید از صفر شروع کنیم، فقط بر اساس درک ما از مواد کامپوزیت و پردازش.
Corvaglia گفت: "ما اکنون در حال بررسی برنامه های داخلی و کار با مشتریان برای یافتن اجزای این فناوری های جدید هستیم."ممکن است این قطعات قبل از شروع تولید نیاز به طراحی مجدد و صلاحیت مجدد داشته باشند.چرا؟هدف این است که هواپیما را تا حد امکان سبک کنیم، اما با قیمتی رقابتی.بنابراین باید ضخامت را نیز بهینه کنیم.با این حال، ممکن است متوجه شویم که یک قطعه می تواند وزن را کاهش دهد یا چندین قسمت را با اشکال مشابه شناسایی کند، که می تواند هزینه زیادی را صرفه جویی کند.
وی بار دیگر تاکید کرد که تا کنون این فناوری در دست چند نفر بوده است.اما ما فناوری‌های جایگزینی را برای خودکارسازی این فرآیندها با افزودن قالب‌های پرس پیشرفته‌تر توسعه داده‌ایم.یک لمینت صاف قرار می دهیم و سپس قسمتی از آن را آماده استفاده بیرون می آوریم.ما در حال طراحی مجدد قطعات و توسعه قطعات مسطح یا پروفیل هستیم.مرحله CCM.”
پاپادا گفت: «ما اکنون یک خط تولید CCM بسیار انعطاف‌پذیر در CETMA داریم.در اینجا می‌توانیم فشارهای مختلفی را در صورت نیاز برای دستیابی به اشکال پیچیده اعمال کنیم.خط تولیدی که ما به همراه لئوناردو توسعه خواهیم داد، بیشتر بر روی برآورده کردن اجزای خاص مورد نیاز خود متمرکز خواهد بود.ما معتقدیم که خطوط مختلف CCM را می توان برای رشته های مسطح و L شکل به جای اشکال پیچیده تر استفاده کرد.به این ترتیب، در مقایسه با پرس های بزرگ که در حال حاضر برای تولید قطعات پیچیده هندسی TPC استفاده می شود، می توانیم هزینه تجهیزات را پایین نگه داریم.
CETMA از CCM برای تولید رشته‌ها و پانل‌ها از نوار یک‌طرفه فیبر کربن/PEKK استفاده می‌کند و سپس از جوش القایی این نمایشگر دسته کیل برای اتصال آنها در پروژه Clean Sky 2 KEELBEMAN که توسط EURECAT مدیریت می‌شود، استفاده می‌کند.منبع|"نمایشگر جوشکاری تیرهای ترموپلاستیک ترموپلاستیک ساخته شد."
پاپادا گفت: "جوشکاری القایی برای مواد کامپوزیت بسیار جالب است، زیرا دما را می توان به خوبی تنظیم و کنترل کرد، گرمایش بسیار سریع است و کنترل بسیار دقیق است."ما به همراه لئوناردو جوش القایی را برای اتصال اجزای TPC توسعه دادیم.اما اکنون ما در حال بررسی استفاده از جوش القایی برای تثبیت درجا (ISC) نوار TPC هستیم.برای این منظور، ما یک نوار فیبر کربن جدید ایجاد کرده‌ایم، می‌توان آن را با جوش القایی با استفاده از یک دستگاه مخصوص خیلی سریع گرم کرد.این نوار از مواد پایه مشابه نوار تجاری استفاده می کند، اما معماری متفاوتی برای بهبود گرمایش الکترومغناطیسی دارد.در حین بهینه سازی خواص مکانیکی، ما همچنین در حال بررسی این فرآیند هستیم تا نیازهای مختلف را برآورده کنیم، مانند نحوه برخورد مقرون به صرفه و کارآمد با آنها از طریق اتوماسیون.
وی خاطرنشان کرد: دستیابی به ISC با نوار TPC با بهره وری خوب دشوار است.برای استفاده از آن برای تولید صنعتی، باید سریعتر گرم و سرد شود و فشار را به صورت بسیار کنترل شده اعمال کنید.بنابراین، ما تصمیم گرفتیم از جوش القایی برای گرم کردن تنها یک منطقه کوچک که در آن مواد یکپارچه شده است استفاده کنیم و بقیه لمینت ها سرد نگه داشته می شوند.پاپادا می گوید که TRL برای جوش القایی که برای مونتاژ استفاده می شود بالاتر است."
ادغام در محل با استفاده از گرمایش القایی بسیار مخرب به نظر می رسد - در حال حاضر، هیچ OEM یا تامین کننده دیگری این کار را به صورت عمومی انجام نمی دهد.کورواگلیا گفت: «بله، ممکن است این فناوری مخرب باشد."ما برای ثبت اختراع ماشین و مواد درخواست داده ایم.هدف ما محصولی قابل مقایسه با مواد کامپوزیتی ترموست است.بسیاری از مردم سعی می کنند از TPC برای AFP (جای دادن خودکار فیبر) استفاده کنند، اما مرحله دوم باید ترکیب شود.از نظر هندسه، این یک محدودیت بزرگ از نظر هزینه، زمان چرخه و اندازه قطعه است.در واقع، ممکن است روش تولید قطعات هوافضا را تغییر دهیم.»
علاوه بر ترموپلاستیک ها، لئوناردو به تحقیق در مورد فناوری RTM ادامه می دهد.این حوزه دیگری است که در آن ما با CETMA همکاری می کنیم و پیشرفت های جدید مبتنی بر فناوری قدیمی (SQRTM در این مورد) به ثبت رسیده است.قالب گیری انتقال رزین واجد شرایط که در اصل توسط Radius Engineering (سالت لیک سیتی، یوتا، ایالات متحده آمریکا) (SQRTM) توسعه یافته است.کورواگلیا گفت: «داشتن روش اتوکلاو (OOA) که به ما امکان می‌دهد از موادی استفاده کنیم که قبلاً واجد شرایط هستند، مهم است."این همچنین به ما امکان می دهد از prepregs با ویژگی ها و کیفیت های شناخته شده استفاده کنیم.ما از این فناوری برای طراحی، نمایش و درخواست ثبت اختراع برای قاب پنجره هواپیما استفاده کرده ایم."
علیرغم COVID-19، CETMA همچنان در حال پردازش برنامه لئوناردو است، در اینجا استفاده از SQRTM برای ساخت سازه های پنجره هواپیما برای دستیابی به اجزای بدون نقص و سرعت بخشیدن به پیش شکل گیری در مقایسه با فناوری سنتی RTM نشان داده شده است.بنابراین، لئوناردو می تواند قطعات فلزی پیچیده را بدون پردازش بیشتر با قطعات کامپوزیت مش جایگزین کند.منبع |CETMA، لئوناردو.
پاپادا خاطرنشان کرد: "این نیز یک فناوری قدیمی است، اما اگر آنلاین شوید، نمی توانید اطلاعاتی در مورد این فناوری پیدا کنید."بار دیگر، ما از مدل های تحلیلی برای پیش بینی و بهینه سازی پارامترهای فرآیند استفاده می کنیم.با استفاده از این فناوری، ما می‌توانیم توزیع رزین خوبی - بدون مناطق خشک یا تجمع رزین - و تخلخل تقریباً صفر داشته باشیم.از آنجایی که می‌توانیم محتوای فیبر را کنترل کنیم، می‌توانیم خواص ساختاری بسیار بالایی تولید کنیم و از این فناوری می‌توان برای تولید اشکال پیچیده استفاده کرد.ما از همان موادی استفاده می کنیم که الزامات پخت اتوکلاو را برآورده می کنند، اما از روش OOA استفاده می کنیم، اما شما همچنین می توانید تصمیم بگیرید که از رزین پخت سریع استفاده کنید تا زمان چرخه را به چند دقیقه کوتاه کنید."
کورواگلیا گفت: «حتی با پیش‌آغاز فعلی، ما زمان پخت را کاهش داده‌ایم.به عنوان مثال، در مقایسه با یک چرخه معمولی اتوکلاو 8-10 ساعته، برای قطعاتی مانند قاب پنجره، SQRTM می تواند برای 3-4 ساعت استفاده شود.حرارت و فشار به طور مستقیم به قطعات اعمال می شود و جرم گرمایش کمتر است.علاوه بر این، حرارت دادن رزین مایع در اتوکلاو سریعتر از هوا است و کیفیت قطعات نیز عالی است که به ویژه برای اشکال پیچیده مفید است.بدون کار مجدد، تقریباً صفر حفره و کیفیت سطح عالی، زیرا ابزار در کنترل آن است، نه کیسه خلاء.
لئوناردو از فناوری های مختلفی برای نوآوری استفاده می کند.با توجه به توسعه سریع فناوری، معتقد است که سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه پرخطر (TRL پایین) برای توسعه فناوری‌های جدید مورد نیاز برای محصولات آینده ضروری است، که فراتر از قابلیت‌های توسعه تدریجی (کوتاه‌مدت) محصولات موجود است. .طرح جامع تحقیق و توسعه 2030 لئوناردو چنین ترکیبی از استراتژی‌های کوتاه‌مدت و بلندمدت را ترکیب می‌کند که یک چشم‌انداز واحد برای یک شرکت پایدار و رقابتی است.
به عنوان بخشی از این طرح، آزمایشگاه لئوناردو، یک شبکه آزمایشگاهی تحقیق و توسعه شرکتی بین‌المللی که به تحقیق و توسعه و نوآوری اختصاص دارد، راه‌اندازی می‌کند.تا سال 2020، این شرکت به دنبال افتتاح شش آزمایشگاه اول لئوناردو در میلان، تورین، جنوا، رم، ناپل و تارانتو خواهد بود و 68 محقق (همکاران تحقیقاتی لئوناردو) را با مهارت در زمینه‌های زیر استخدام می‌کند: 36 سیستم هوشمند خودکار برای موقعیت های هوش مصنوعی، 15 تجزیه و تحلیل کلان داده، 6 محاسبات با عملکرد بالا، 4 برق رسانی پلت فرم هوانوردی، 5 ماده و ساختار، و 2 فناوری کوانتومی.آزمایشگاه لئوناردو نقش یک پست نوآوری و خالق فناوری آینده لئوناردو را ایفا خواهد کرد.
شایان ذکر است که فناوری تجاری لئوناردو در هواپیماها ممکن است در بخش های زمینی و دریایی آن نیز به کار گرفته شود.منتظر به‌روزرسانی‌های بیشتر در مورد لئوناردو و تأثیر بالقوه آن بر مواد کامپوزیت باشید.
ماتریس مواد تقویت شده با الیاف را متصل می کند، به جزء کامپوزیت شکل آن را می دهد و کیفیت سطح آن را تعیین می کند.ماتریس کامپوزیت می تواند پلیمری، سرامیکی، فلزی یا کربنی باشد.این یک راهنمای انتخاب است.
برای کاربردهای کامپوزیت، این ریزساختارهای توخالی حجم زیادی را با وزن کم جایگزین می کنند و حجم پردازش و کیفیت محصول را افزایش می دهند.