I jakten på bærekraft reduserer sensorer syklustider, energibruk og avfall, automatiserer prosesskontroll med lukket sløyfe og øker kunnskapen, og åpner for nye muligheter for smart produksjon og strukturer. #sensorer #bærekraft #SHM
Sensorer til venstre (topp til bunn): varmefluks (TFX), in-mold dielektrikum (Lambient), ultralyd (University of Augsburg), engangsdielektrikk (Synthesites) og mellom pennies og termoelementer Microwire (AvPro). Grafer (øverst, med klokken): Collo dielektrisk konstant (CP) versus Collo-ionisk viskositet (CIV), harpiksmotstand mot tid (Synthesites) og digital modell av kaprolaktamimplanterte preformer ved bruk av elektromagnetiske sensorer (CosiMo-prosjektet, DLR ZLP, University of Augsburg).
Etter hvert som den globale industrien fortsetter å komme ut av COVID-19-pandemien, har den gått over til å prioritere bærekraft, som krever å redusere avfall og forbruk av ressurser (som energi, vann og materialer). Som et resultat må produksjonen bli mer effektiv og smartere .Men dette krever informasjon. For kompositter, hvor kommer disse dataene fra?
Som beskrevet i CWs 2020 Composites 4.0-serie med artikler, er å definere målingene som trengs for å forbedre delens kvalitet og produksjon, og sensorene som trengs for å oppnå disse målingene, det første trinnet i smart produksjon. I løpet av 2020 og 2021 rapporterte CW om sensorer – dielektriske sensorer, varmeflukssensorer, fiberoptiske sensorer og berøringsfrie sensorer som bruker ultralyd og elektromagnetiske bølger – samt prosjekter som demonstrerer deres evner (se CWs online sensorinnholdssett). Denne artikkelen bygger på denne rapporten ved å diskutere sensorene som brukes i kompositt materialer, deres lovede fordeler og utfordringer, og det teknologiske landskapet under utvikling. Spesielt er det bedrifter som fremstår som ledere i komposittindustrien som allerede utforsker og navigerer i dette området.
Sensornettverk i CosiMo Et nettverk av 74 sensorer – hvorav 57 er ultralydsensorer utviklet ved University of Augsburg (vist til høyre, lyseblå prikker i øvre og nedre formhalvdel) – brukes til lokdemonstratoren for T-RTM støping av CosiMo-prosjekt for termoplastiske komposittbatterier. Bildekreditt: CosiMo-prosjektet, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
Mål #1: Spar penger. CWs blogg fra desember 2021, "Custom Ultrasonic Sensors for Composite Process Optimization and Control," beskriver arbeidet ved University of Augsburg (UNA, Augsburg, Tyskland) for å utvikle et nettverk av 74 sensorer som for CosiMo prosjekt for å produsere en EV batterideksel demonstrator (komposittmaterialer i smart transport). Delen er produsert ved hjelp av termoplastisk harpiksoverføring (T-RTM), som polymeriserer kaprolaktammonomer in situ til en polyamid 6 (PA6) kompositt.Markus Sause, professor ved UNA og leder av UNAs Artificial Intelligence (AI) Production Network i Augsburg, forklarer hvorfor sensorer er så viktige: «Den største fordelen vi tilbyr er visualisering av hva som skjer inne i den svarte boksen under prosessering. Foreløpig har de fleste produsenter begrensede systemer for å oppnå dette. For eksempel bruker de veldig enkle eller spesifikke sensorer når de bruker harpiksinfusjon for å lage store romfartsdeler. Hvis infusjonsprosessen går galt, har du i utgangspunktet et stort stykke skrot. Men hvis du har en løsning løsninger for å forstå hva som gikk galt i produksjonsprosessen og hvorfor, kan du fikse det og rette det, og spare deg for mye penger.»
Termoelementer er et eksempel på en "enkel eller spesifikk sensor" som har blitt brukt i flere tiår for å overvåke temperaturen på komposittlaminater under autoklav- eller ovnsherding. De brukes til og med for å kontrollere temperaturen i ovner eller varmetepper for å herde komposittreparasjonsplaster ved hjelp av termiske bindere.Harpiksprodusenter bruker en rekke sensorer i laboratoriet for å overvåke endringer i harpiksviskositet over tid og temperatur for å utvikle herdeformuleringer. Det som imidlertid dukker opp er et sensornettverk som kan visualisere og kontrollere produksjonsprosessen in situ basert på flere parametere (f.eks. temperatur og trykk) og materialets tilstand (f.eks. viskositet, aggregering, krystallisering).
For eksempel bruker ultralydsensoren utviklet for CosiMo-prosjektet de samme prinsippene som ultralydinspeksjon, som har blitt bærebjelken i ikke-destruktiv testing (NDI) av ferdige komposittdeler. Petros Karapapas, hovedingeniør hos Meggitt (Loughborough, Storbritannia), sa: "Vårt mål er å minimere tiden og arbeidskraften som kreves for etterproduksjonsinspeksjon av fremtidige komponenter når vi beveger oss mot digital produksjon." Materials Center (NCC, Bristol, Storbritannia) samarbeid for å demonstrere overvåking av en Solvay (Alpharetta, GA, USA) EP 2400-ring under RTM ved bruk av en lineær dielektrisk sensor utviklet ved Cranfield University (Cranfield, Storbritannia) Strømning og herding av oksyresin for en 1,3 m langt, 0,8 m bredt og 0,4 m dypt komposittskall for en varmeveksler for kommersielle flymotorer. «Da vi så på hvordan vi kunne lage større sammenstillinger med høyere produktivitet, hadde vi ikke råd til å gjøre alle de tradisjonelle etterbehandlingsinspeksjonene og tester på hver del,” sa Karapapas. Akkurat nå lager vi testpaneler ved siden av disse RTM-delene og utfører deretter mekanisk testing for å validere herdesyklusen. Men med denne sensoren er det ikke nødvendig.»
Collo-sonden er nedsenket i malingsblandebeholderen (grønn sirkel på toppen) for å oppdage når blandingen er fullført, noe som sparer tid og energi. Bildekreditt: ColloidTek Oy
"Vårt mål er ikke å være en annen laboratorieenhet, men å fokusere på produksjonssystemer," sier Matti Järveläinen, administrerende direktør og grunnlegger av ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finland). CW januar 2022-bloggen "Fingerprint Liquids for Composites" utforsker Collos kombinasjon av elektromagnetiske feltsensorer (EMF), signalbehandling og dataanalyse for å måle "fingeravtrykket" til enhver væske som monomerer, harpikser eller lim. "Det vi tilbyr er en ny teknologi som gir direkte tilbakemelding i sanntid, slik at du kan bedre forstå hvordan prosessen din faktisk fungerer og reagere når ting går galt,” sier Järveläinen. “Våre sensorer konverterer sanntidsdata til forståelige og handlingsbare fysiske størrelser, for eksempel reologisk viskositet, som tillater prosessoptimalisering. Du kan for eksempel forkorte blandetidene fordi du tydelig kan se når blandingen er ferdig. Derfor kan du øke produktiviteten, spare energi og redusere skrap sammenlignet med mindre optimalisert behandling."
Mål #2: Øke prosesskunnskap og visualisering. For prosesser som aggregering sier Järveläinen: «Du ser ikke mye informasjon fra bare et øyeblikksbilde. Du tar bare en prøve og går inn i laboratoriet og ser på hvordan det var for minutter eller timer siden. Det er som å kjøre på motorveien, hver time Åpne øynene i et minutt og prøv å forutsi hvor veien går.» Sause er enig og bemerker at sensornettverket utviklet i CosiMo «hjelper oss med å få et fullstendig bilde av prosessen og materiell oppførsel. Vi kan se lokale effekter i prosessen, som svar på variasjoner i deltykkelse eller integrerte materialer som skumkjerne. Det vi prøver å gjøre er å gi informasjon om hva som faktisk skjer i formen. Dette lar oss bestemme forskjellig informasjon som formen på strømningsfronten, ankomsten av hver deltid og graden av aggregering ved hver sensorplassering.»
Collo samarbeider med produsenter av epoksylim, maling og til og med øl for å lage prosessprofiler for hver batch som produseres. Nå kan hver produsent se dynamikken i prosessen og angi mer optimaliserte parametere, med varsler for å gripe inn når batchene er ute av spesifikasjonen. Dette hjelper stabilisere og forbedre kvaliteten.
Video av strømningsfronten i en CosiMo-del (injeksjonsinngangen er den hvite prikken i midten) som en funksjon av tid, basert på måledata fra et in-mold sensornettverk. Bildekreditt: CosiMo-prosjektet, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
"Jeg vil vite hva som skjer under produksjon av deler, ikke åpne esken og se hva som skjer etterpå," sier Meggitts Karapapas. Produktene vi utviklet med Cranfields dielektriske sensorer gjorde det mulig for oss å se prosessen på stedet, og vi var også i stand til for å verifisere herdingen av harpiksen." Ved å bruke alle de seks sensortypene som er beskrevet nedenfor (ikke en uttømmende liste, bare et lite utvalg, også leverandører), kan du overvåke herding/polymerisering og harpiksflyt. Noen sensorer har tilleggsfunksjoner, og kombinerte sensortyper kan utvide sporings- og visualiseringsmulighetene under komposittstøping. Dette ble demonstrert under CosiMo, som brukte ultralyd, dielektriske og piezoresistive in-mode sensorer for temperatur- og trykkmålinger av Kistler (Winterthur, Sveits).
Mål nr. 3: Reduser syklustiden. Collo-sensorer kan måle jevnheten til todelt hurtigherdende epoksy ettersom delene A og B blandes og injiseres under RTM og på alle steder i formen der slike sensorer er plassert. Dette kan bidra til å aktivere raskere herdeharpikser for applikasjoner som Urban Air Mobility (UAM), som vil gi raskere herdesykluser sammenlignet med nåværende en-delt epoksy som RTM6.
Collo-sensorer kan også overvåke og visualisere epoksy som avgasses, injiseres og herdes, og når hver prosess er fullført. Etterbehandling av herding og andre prosesser basert på den faktiske tilstanden til materialet som behandles (versus tradisjonelle tids- og temperaturoppskrifter) kalles materialtilstandsstyring (MSM). Selskaper som AvPro (Norman, Oklahoma, USA) har drevet med MSM i flere tiår for å spore endringer i delmaterialer og prosesser når det forfølger spesifikke mål for glassovergangstemperatur (Tg), viskositet, polymerisasjon og/eller krystallisering .For eksempel ble et nettverk av sensorer og digital analyse i CosiMo brukt for å bestemme minimumstiden som kreves for å varme opp RTM-pressen og formen, og fant ut at 96 % av maksimal polymerisering ble oppnådd på 4,5 minutter.
Leverandører av dielektriske sensorer som Lambient Technologies (Cambridge, MA, USA), Netzsch (Selb, Tyskland) og Synthesites (Uccle, Belgia) har også vist sin evne til å redusere syklustider. Synthesites' FoU-prosjekt med komposittprodusentene Hutchinson (Paris, Frankrike) ) og Bombardier Belfast (nå Spirit AeroSystems (Belfast, Irland)) rapporterer at basert på sanntidsmålinger av harpiksmotstand og temperatur, gjennom sin Optimold datainnsamlingsenhet og Optiview Software konverterer til estimert viskositet og Tg. "Produsenter kan se Tg. i sanntid, slik at de kan bestemme når de skal stoppe herdesyklusen,” forklarer Nikos Pantelelis, direktør for Synthesites. “De trenger ikke å vente på å fullføre en overføringssyklus som er lengre enn nødvendig. For eksempel er den tradisjonelle syklusen for RTM6 en 2-timers full kur ved 180°C. Vi har sett at dette kan forkortes til 70 minutter i noen geometrier. Dette ble også demonstrert i INNOTOOL 4.0-prosjektet (se "Accelerating RTM with Heat Flux Sensors"), der bruken av en varmeflukssensor forkortet RTM6-herdesyklusen fra 120 minutter til 90 minutter.
Mål #4: Closed-loop-kontroll av adaptive prosesser. For CosiMo-prosjektet er det endelige målet å automatisere closed-loop-kontroll under produksjon av komposittdeler. Dette er også målet for ZAero- og iComposite 4.0-prosjektene rapportert av CW i 2020 (30-50 % kostnadsreduksjon). Merk at disse involverer forskjellige prosesser – automatisert plassering av prepreg tape (ZAero) og fiberspraypreforming sammenlignet med høytrykks T-RTM i CosiMo for RTM med hurtigherdende epoksy (iComposite 4.0). av disse prosjektene bruker sensorer med digitale modeller og algoritmer for å simulere prosessen og forutsi utfallet av den ferdige delen.
Prosesskontroll kan betraktes som en rekke trinn, forklarte Sause. Det første trinnet er å integrere sensorer og prosessutstyr, sa han, "for å visualisere hva som skjer i den svarte boksen og parametrene som skal brukes. De andre få trinnene, kanskje halvparten av kontroll med lukket sløyfe, er å kunne trykke på stoppknappen for å gripe inn, justere prosessen og forhindre avviste deler. Som et siste trinn kan du utvikle en digital tvilling, som kan automatiseres, men som også krever investering i maskinlæringsmetoder.» I CosiMo gjør denne investeringen sensorer i stand til å mate data inn i den digitale tvillingen. Edge-analyse (beregninger utført ved kanten av produksjonslinjen versus beregninger fra et sentralt datalager) brukes deretter til å forutsi strømningsfrontdynamikk, fibervoluminnhold per tekstilpreform og potensielle tørre flekker. "Ideelt sett kan du etablere innstillinger for å aktivere lukket sløyfekontroll og tuning i prosessen," sa Sause. Disse vil inkludere parametere som injeksjonstrykk, formtrykk og temperatur. Du kan også bruke denne informasjonen til å optimalisere materialet ditt."
Ved å gjøre dette bruker bedrifter sensorer for å automatisere prosesser. For eksempel jobber Synthesites med sine kunder for å integrere sensorer med utstyr for å lukke harpiksinnløpet når infusjonen er fullført, eller slå på varmepressen når målherdingen er oppnådd.
Järveläinen bemerker at for å finne ut hvilken sensor som er best for hvert brukstilfelle, "må du forstå hvilke endringer i materialet og prosessen du vil overvåke, og så må du ha en analysator." En analysator henter inn dataene som er samlet inn av en interrogator eller datainnsamlingsenhet. rådata og konvertere dem til informasjon som kan brukes av produsenten." Du ser faktisk mange selskaper som integrerer sensorer, men så gjør de ikke noe med dataene," sa Sause. Det som trengs, forklarte han, er "et system av datainnsamling, samt en datalagringsarkitektur for å kunne behandle dataene."
"Sluttbrukere vil ikke bare se rådata," sier Järveläinen. "De vil vite: 'Er prosessen optimalisert?'" Når kan neste skritt tas? For å gjøre dette, må du kombinere flere sensorer for analyse, og bruk deretter maskinlæring for å fremskynde prosessen." Denne tilnærmingen til kantanalyse og maskinlæring som brukes av Collo- og CosiMo-teamet kan oppnås gjennom viskositetskart, numeriske modeller av harpiksstrømningsfronten, og evnen til til slutt å kontrollere prosessparametere og maskineri visualiseres.
Optimold er en analysator utviklet av Synthesites for sine dielektriske sensorer. Kontrollert av Synthesites' Optiview-programvare, bruker Optimold-enheten temperatur- og harpiksmotstandsmålinger for å beregne og vise sanntidsgrafer for å overvåke harpiksstatus inkludert blandingsforhold, kjemisk aldring, viskositet, Tg og herdegrad.Den kan brukes i prepreg og væskedannende prosesser.En egen enhet Optiflow brukes til strømningsovervåking.Synthesites har også utviklet en herdesimulator som ikke krever en herdesensor i formen eller delen, men som i stedet bruker en temperatursensor og harpiks/prepreg-prøver i denne analysatorenheten. "Vi bruker denne toppmoderne metoden for infusjon og limherding for produksjon av vindturbinblader," sa Nikos Pantelelis, direktør for Synthesites.
Synthesites prosesskontrollsystemer integrerer sensorer, Optiflow og/eller Optimold datainnsamlingsenheter og OptiView og/eller Online Resin Status (ORS) programvare. Bildekreditt: Synthesites, redigert av The CW
Derfor har de fleste sensorleverandører utviklet sine egne analysatorer, noen bruker maskinlæring og noen ikke. Men komposittprodusenter kan også utvikle sine egne tilpassede systemer eller kjøpe hylleinstrumenter og modifisere dem for å møte spesifikke behov. Analysatorkapasiteten er imidlertid bare én faktor å vurdere. Det er mange andre.
Kontakt er også en viktig vurdering når du velger hvilken sensor som skal brukes. Sensoren må kanskje være i kontakt med materialet, interrogatoren eller begge deler. For eksempel kan varmefluks- og ultralydsensorer settes inn i en RTM-form 1-20 mm fra overflaten – nøyaktig overvåking krever ikke kontakt med materialet i formen. Ultralydsensorer kan også spørre deler på forskjellige dybder avhengig av frekvensen som brukes. Collo elektromagnetiske sensorer kan også lese dybden til væsker eller deler – 2-10 cm, avhengig på frekvensen av avhør – og gjennom ikke-metalliske beholdere eller verktøy i kontakt med harpiksen.
Imidlertid er magnetiske mikrotråder (se "Berøringsfri overvåking av temperatur og trykk inne i kompositter") for øyeblikket de eneste sensorene som er i stand til å avhøre kompositter i en avstand på 10 cm. Det er fordi den bruker elektromagnetisk induksjon for å fremkalle en respons fra sensoren, som er innebygd i komposittmaterialet.AvPros ThermoPulse-mikrotrådsensor, innebygd i det selvklebende bindingslaget, har blitt forespurt gjennom et 25 mm tykt karbonfiberlaminat for å måle temperaturen under bindingsprosessen. Siden mikrotrådene har en hårete diameter på 3-70 mikron, de påvirker ikke kompositt- eller bondline-ytelsen. Ved litt større diametre på 100-200 mikron kan fiberoptiske sensorer også bygges inn uten å forringe strukturelle egenskaper. Men fordi de bruker lys til å måle, må fiberoptiske sensorer ha en kablet tilkobling til interrogator. Likeledes, siden dielektriske sensorer bruker spenning til å måle harpiksegenskaper, må de også kobles til en interrogator, og de fleste må også være i kontakt med harpiksen de overvåker.
Collo Probe-sensoren (øverst) kan senkes ned i væsker, mens Collo-platen (nederst) er installert i veggen til et kar/blandekar eller prosessrør/matelinje. Bildekreditt: ColloidTek Oy
Temperaturkapasiteten til sensoren er en annen viktig faktor. For eksempel opererer de fleste hyllevare ultralydsensorer ved temperaturer opp til 150 °C, men deler i CosiMo må dannes ved temperaturer over 200 °C. Derfor, UNA måtte designe en ultralydsensor med denne egenskapen. Lambients dielektriske engangssensorer kan brukes på deloverflater opp til 350 °C, og gjenbrukbare in-mold-sensorer kan brukes opp til 250 °C. RVmagnetics (Kosice, Slovakia) har utviklet sin mikrotrådsensor for komposittmaterialer som tåler herding ved 500 °C. Selv om Collo-sensorteknologien i seg selv ikke har noen teoretisk temperaturgrense, er det herdede glassskjoldet for Collo Plate og det nye polyetheretherketone (PEEK) huset for Collo Probe begge testet for kontinuerlig bruk ved 150 °C, ifølge Järveläinen. I mellomtiden brukte PhotonFirst (Alkmaar, Nederland) et polyimidbelegg for å gi en driftstemperatur på 350 °C for sin fiberoptiske sensor for SuCoHS-prosjektet, for en bærekraftig og kostnads- effektiv høytemperaturkompositt.
En annen faktor å vurdere, spesielt for installasjon, er om sensoren måler på et enkelt punkt eller er en lineær sensor med flere sensorpunkter. For eksempel kan Com&Sens (Eke, Belgia) fiberoptiske sensorer være opptil 100 meter lange og funksjoner opp til 40 fiber Bragg-gitter (FBG) sensorpunkter med en minimumsavstand på 1 cm. Disse sensorene har blitt brukt til strukturell helseovervåking (SHM) av 66 meter lange komposittbroer og harpiksstrømovervåking under infusjon av store brodekk.Installasjon individuelle punktsensorer for et slikt prosjekt vil kreve et stort antall sensorer og mye installasjonstid.NCC og Cranfield University hevder lignende fordeler for sine lineære dielektriske sensorer. Sammenlignet med enkeltpunkts dielektriske sensorer som tilbys av Lambient, Netzsch og Synthesites, " Med vår lineære sensor kan vi overvåke harpiksstrømmen kontinuerlig langs lengden, noe som reduserer antallet sensorer som kreves i delen eller verktøyet betydelig."
AFP NLR for fiberoptiske sensorer En spesialenhet er integrert i den åttende kanalen til Coriolis AFP-hodet for å plassere fire fiberoptiske sensorer i et høytemperatur, karbonfiberforsterket kompositttestpanel. Bildekreditt: SuCoHS Project, NLR
Lineære sensorer hjelper også med å automatisere installasjoner. I SuCoHS-prosjektet utviklet Royal NLR (Dutch Aerospace Centre, Marknesse) en spesialenhet integrert i den åttende kanalen Automated Fiber Placement (AFP)-sjefen til Coriolis Composites (Queven, Frankrike) for å bygge inn fire arrays ( separate fiberoptiske linjer), hver med 5 til 6 FBG-sensorer (PhotonFirst tilbyr totalt 23 sensorer), i testpaneler av karbonfiber.RVmagnetics har plassert sine mikrotrådsensorer i pultrudert GFRP-armeringsjern." Ledningene er diskontinuerlige [1-4 cm lang for de fleste komposittmikrotråder], men plasseres automatisk kontinuerlig når armeringsjernet produseres,” sa Ratislav Varga, medgründer av RVmagnetics. "Du har en mikrotråd med en 1 km mikrotråd. spoler av filament og mater det inn i armeringsjernproduksjonsanlegget uten å endre måten armeringsjernet er laget på." I mellomtiden jobber Com&Sens med automatisert teknologi for å bygge inn fiberoptiske sensorer under filamentviklingsprosessen i trykkbeholdere.
På grunn av dens evne til å lede elektrisitet, kan karbonfiber forårsake problemer med dielektriske sensorer. Dielektriske sensorer bruker to elektroder plassert nær hverandre. "Hvis fibrene bygger bro over elektrodene, kortslutter de sensoren," forklarer Lambient-grunnlegger Huan Lee. I dette tilfellet, bruk et filter." Filteret lar harpiksen passere sensorene, men isolerer dem fra karbonfiberen." Den lineære dielektriske sensoren utviklet av Cranfield University og NCC bruker en annen tilnærming, inkludert to snoede par kobbertråder. Når en spenning påføres, dannes et elektromagnetisk felt mellom ledningene, som brukes til å måle harpiksimpedansen. Ledningene er belagte med en isolerende polymer som ikke påvirker det elektriske feltet, men hindrer karbonfiberen i å kortslutte.
Selvfølgelig er kostnad også et problem. Com&Sens oppgir at gjennomsnittskostnaden per FBG-sensorpunkt er 50-125 euro, som kan falle til rundt 25-35 euro hvis den brukes i partier (f.eks. for 100 000 trykkbeholdere).(Dette er bare en brøkdel av den nåværende og anslåtte produksjonskapasiteten til kompositttrykkbeholdere, se CWs 2021-artikkel om hydrogen.) Meggitts Karapapas sier at han har mottatt tilbud på fiberoptiske linjer med FBG-sensorer på gjennomsnittlig £250/sensor (≈300€/sensor), avhøreren er verdt rundt 10 000 pund (€ 12 000)."Den lineære dielektriske sensoren vi testet var mer som en belagt ledning som du kan kjøpe fra hyllevare," la han til. seniorforsker) i Composites Process Science ved Cranfield University, "er en impedansanalysator, som er veldig nøyaktig og koster minst £30.000 [≈ €36.000], men NCC bruker en mye enklere interrogator som i utgangspunktet består av hyllevare moduler fra det kommersielle selskapet Advise Deta [Bedford, Storbritannia]." Synthesites oppgir €1190 for in-mold-sensorer og €20 for engangs-/delsensorer I EUR er Optiflow notert til EUR 3900 og Optimold til EUR 7200, med økende rabatter for flere analysatorenheter. Disse prisene inkluderer Optiview-programvare og evt. nødvendig støtte, sa Pantelelis, og la til at vindbladprodusenter sparer 1,5 timer per syklus, legger til blader per linje per måned og reduserer energibruken med 20 prosent, med en avkastning på investeringen på bare i fire måneder.
Selskaper som bruker sensorer vil få en fordel ettersom kompositt 4.0 digital produksjon utvikler seg. For eksempel, sier Grégoire Beauduin, direktør for forretningsutvikling hos Com&Sens, "Som trykkbeholderprodusenter prøver å redusere vekt, materialbruk og kostnader, kan de bruke sensorene våre for å rettferdiggjøre deres design og overvåker produksjonen når de når de nødvendige nivåene innen 2030. De samme sensorene som brukes til å vurdere tøyningsnivåer i lagene under filamentvikling og herding kan også overvåke tankintegriteten under tusenvis av fyllingssykluser, forutsi nødvendig vedlikehold og resertifisere ved slutten av designen liv. Vi kan Et digitalt tvillingdatabasseng tilbys for hvert kompositttrykkbeholder som produseres, og løsningen utvikles også for satellitter.»
Aktivering av digitale tvillinger og tråder Com&Sens samarbeider med en komposittprodusent for å bruke sine fiberoptiske sensorer for å muliggjøre digital dataflyt gjennom design, produksjon og service (til høyre) for å støtte digitale ID-kort som støtter den digitale tvillingen til hver del (venstre) laget. Bildekreditt: Com&Sens og figur 1, "Engineering with Digital Threads" av V. Singh, K. Wilcox.
Dermed støtter sensordata den digitale tvillingen, så vel som den digitale tråden som spenner over design, produksjon, serviceoperasjoner og foreldelse. Når de analyseres ved hjelp av kunstig intelligens og maskinlæring, føres disse dataene tilbake til design og prosessering, og forbedrer ytelsen og bærekraften. har også endret måten forsyningskjeder jobber sammen på. For eksempel bruker limprodusenten Kiilto (Tammerfors, Finland) Collo-sensorer for å hjelpe kundene sine med å kontrollere forholdet mellom komponentene A, B osv. i deres multi-komponent limblandingsutstyr.» Kiilto kan nå justere sammensetningen av limene for individuelle kunder,” sier Järveläinen, “men det lar også Kiilto forstå hvordan harpikser interagerer i kundenes prosesser, og hvordan kundene samhandler med produktene deres, noe som endrer hvordan forsyningen lages. Kjeder kan fungere sammen.»
OPTO-Light bruker Kistler-, Netzsch- og Synthesites-sensorer for å overvåke herding av termoplastiske overstøpte epoksy-CFRP-deler. Bildekreditt: AZL
Sensorer støtter også innovative nye material- og prosesskombinasjoner. Beskrevet i CWs artikkel fra 2019 om OPTO-Light-prosjektet (se "Termoplastiske overstøpte termosett, 2-minutters syklus, ett batteri"), bruker AZL Aachen (Aachen, Tyskland) en to-trinns prosess for å komprimere en enkelt To (UD) karbonfiber/epoksy-prepreg, deretter overstøpt med 30 % kort glassfiberforsterket PA6. Nøkkelen er å bare delvis herde prepreg-en slik at den gjenværende reaktiviteten i epoksyen kan muliggjøre binding til termoplasten .AZL bruker Optimold og Netzsch DEA288 Epsilon analysatorer med Synthesites og Netzsch dielektriske sensorer og Kistler in-mold sensorer og DataFlow programvare for å optimalisere sprøytestøping.»Du må ha en dyp forståelse av prepreg komprimeringsstøpingsprosessen fordi du må sørge for at du forstå tilstanden til herding for å oppnå en god forbindelse til termoplastisk overstøping, forklarer AZL-forskningsingeniør Richard Schares. "I fremtiden kan prosessen være adaptiv og intelligent, prosessrotasjon utløses av sensorsignaler."
Det er imidlertid et grunnleggende problem, sier Järveläinen, "og det er mangelen på forståelse hos kundene om hvordan de kan integrere disse forskjellige sensorene i prosessene deres. De fleste selskaper har ikke sensoreksperter.» For øyeblikket krever veien videre at sensorprodusenter og kunder utveksler informasjon frem og tilbake. Organisasjoner som AZL, DLR (Augsburg, Tyskland) og NCC utvikler multisensorekspertise.Sause sa at det er grupper innen UNA, så vel som spin-off selskaper som tilbyr sensorintegrasjon og digitale tvillingtjenester. Han la til at Augsburg AI-produksjonsnettverket har leid et 7000 kvadratmeter stort anlegg for dette formålet, "utvider CosiMos utviklingsoppskrift til et veldig bredt omfang, inkludert koblede automasjonsceller, der industrielle partnere kan plassere maskiner, kjøre prosjekter og lære hvordan du integrerer nye AI-løsninger."
Carapappas sa at Meggitts dielektriske sensordemonstrasjon på NCC bare var det første trinnet i det. «Til syvende og sist vil jeg overvåke prosessene og arbeidsflytene mine og mate dem inn i ERP-systemet vårt, slik at jeg vet på forhånd hvilke komponenter jeg skal produsere, hvilke personer jeg behov og hvilke materialer som skal bestilles. Digital automatisering utvikler seg.»
Velkommen til den elektroniske SourceBook, som tilsvarer CompositesWorlds årlige trykte utgave av SourceBook Composites Industry Buyer's Guide.
Spirit AeroSystems implementerer Airbus Smart Design for A350 Center Fuselage og Front Spars i Kingston, NC
Innleggstid: 20. mai 2022
