V snahe o udržateľnosť senzory skracujú časy cyklov, spotrebu energie a plytvanie, automatizujú riadenie procesov v uzavretej slučke a zvyšujú znalosti, čím otvárajú nové možnosti pre inteligentnú výrobu a štruktúry.#sensors #sustainability #SHM
Senzory vľavo (zhora nadol): tepelný tok (TFX), in-mold dielektrika (Lambient), ultrazvuk (University of Augsburg), jednorazové dielektrikum (Synthesites) a medzi haliermi a termočlánkami Microwire (AvPro). Grafy (hore, v smere hodinových ručičiek): Collo dielektrická konštanta (CP) verzus Collo iónová viskozita (CIV), odpor živice verzus čas (Synthesites) a digitálny model kaprolaktámom implantovaných predliskov pomocou elektromagnetických senzorov (projekt CosiMo, DLR ZLP, Univerzita v Augsburgu).
Ako sa globálny priemysel stále dostáva z pandémie COVID-19, uprednostňuje udržateľnosť, čo si vyžaduje zníženie plytvania a spotreby zdrojov (ako je energia, voda a materiály). Výsledkom je, že výroba sa musí stať efektívnejšou a inteligentnejšou. .To si však vyžaduje informácie.Odkiaľ pochádzajú tieto údaje v prípade kompozitov?
Ako je popísané v článkoch série 2020 Composites 4.0 od CW, definovanie meraní potrebných na zlepšenie kvality dielov a výroby a senzorov potrebných na dosiahnutie týchto meraní je prvým krokom v inteligentnej výrobe. V rokoch 2020 a 2021 CW informovala o senzoroch – dielektrických senzory, senzory tepelného toku, senzory z optických vlákien a bezkontaktné senzory využívajúce ultrazvukové a elektromagnetické vlny – ako aj projekty demonštrujúce ich schopnosti (pozri súbor obsahu online senzorov CW). Tento článok stavia na tejto správe a diskutuje o senzoroch používaných v kompozitných materiály, ich sľubované výhody a výzvy a technologické prostredie, ktoré sa vyvíja. Predovšetkým spoločnosti, ktoré sa stávajú lídrami v priemysle kompozitov, už tento priestor skúmajú a pohybujú sa v ňom.
Sieť senzorov v CosiMo Sieť 74 senzorov – 57 z nich sú ultrazvukové senzory vyvinuté na univerzite v Augsburgu (zobrazené vpravo, svetlomodré bodky v hornej a dolnej polovici formy) – sa používa na demonštráciu veka pre T-RTM formovanie projektu CosiMo pre termoplastické kompozitné batérie. Obrazový kredit: projekt CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Univerzita v Augsburgu
Cieľ č. 1: Ušetrite peniaze. Blog CW z decembra 2021 s názvom „Vlastné ultrazvukové senzory pre optimalizáciu a riadenie kompozitných procesov“ popisuje prácu na Univerzite v Augsburgu (UNA, Augsburg, Nemecko) na vývoji siete 74 senzorov, ktoré pre CosiMo projekt na výrobu demonštrátora krytu batérie EV (kompozitné materiály v inteligentnej doprave). Diel je vyrobený pomocou termoplastickej živice transfer molding (T-RTM), ktorá polymerizuje kaprolaktámový monomér in situ do kompozitu polyamidu 6 (PA6). Markus Sause, profesor v UNA a vedúci UNA's Artificial Intelligence (AI) Production Network v Augsburgu vysvetľuje, prečo sú senzory také dôležité: „Najväčšou výhodou, ktorú ponúkame, je vizualizácia toho, čo sa deje vo vnútri čiernej skrinky počas spracovania. V súčasnosti má väčšina výrobcov obmedzené systémy na dosiahnutie tohto cieľa. Napríklad používajú veľmi jednoduché alebo špecifické senzory pri použití infúzie živice na výrobu veľkých leteckých dielov. Ak sa proces infúzie pokazí, v podstate máte veľký kus šrotu. Ale ak máte riešenia, ktoré vám pomôžu pochopiť, čo sa vo výrobnom procese pokazilo a prečo, môžete to opraviť a opraviť, čím ušetríte veľa peňazí.“
Termočlánky sú príkladom „jednoduchého alebo špecifického senzora“, ktorý sa už desaťročia používa na monitorovanie teploty kompozitných laminátov počas vytvrdzovania v autokláve alebo v peci. tepelné spojivá. Výrobcovia živíc používajú v laboratóriách rôzne senzory na monitorovanie zmien viskozity živice v priebehu času a teploty na vývoj vytvrdzovacích formulácií. Čo sa však objavuje, je sieť senzorov, ktorá dokáže vizualizovať a riadiť výrobný proces in situ na základe viaceré parametre (napr. teplota a tlak) a stav materiálu (napr. viskozita, agregácia, kryštalizácia).
Napríklad ultrazvukový senzor vyvinutý pre projekt CosiMo využíva rovnaké princípy ako ultrazvuková kontrola, ktorá sa stala základom nedeštruktívneho testovania (NDI) hotových kompozitných dielov.Petros Karapapas, hlavný inžinier v Meggitt (Loughborough, UK), povedal: „Naším cieľom je minimalizovať čas a prácu potrebnú na postprodukčnú kontrolu budúcich komponentov, keďže smerujeme k digitálnej výrobe.“ Spolupráca Materials Center (NCC, Bristol, UK) na demonštrácii monitorovania krúžku Solvay (Alpharetta, GA, USA) EP 2400 počas RTM pomocou lineárneho dielektrického senzora vyvinutého na Cranfield University (Cranfield, UK) Prietok a vytvrdzovanie oxyresínu pre 1,3 m dlhý, 0,8 m široký a 0,4 m hlboký kompozitný plášť pre výmenník tepla motora komerčného lietadla.“ Keď sme zisťovali, ako vyrobiť väčšie zostavy s vyššou produktivitou, nemohli sme si dovoliť robiť všetky tradičné kontroly po spracovaní a testovanie každej časti,“ povedal Karapapas. „Práve teraz vyrábame testovacie panely vedľa týchto častí RTM a potom robíme mechanické testovanie na overenie cyklu vytvrdzovania. Ale s týmto senzorom to nie je potrebné.“
Collo Probe je ponorená do nádoby na miešanie farieb (zelený kruh v hornej časti), aby zistila, kedy je miešanie dokončené, čo šetrí čas a energiu. Obrazový kredit: ColloidTek Oy
„Naším cieľom nie je byť ďalším laboratórnym zariadením, ale zamerať sa na výrobné systémy,“ hovorí Matti Järveläinen, generálny riaditeľ a zakladateľ spoločnosti ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Fínsko). Blog CW z januára 2022 „Fingerprint Liquids for Composites“ skúma Collo's kombinácia snímačov elektromagnetického poľa (EMF), spracovania signálu a analýzy údajov na meranie „odtlačku“ akejkoľvek kvapaliny, ako sú monoméry, živice alebo lepidlá. „Ponúkame novú technológiu, ktorá poskytuje priamu spätnú väzbu v reálnom čase, takže môžete lepšie pochopte, ako váš proces skutočne funguje, a reagujte, keď sa niečo pokazí,“ hovorí Järveläinen. „Naše senzory premieňajú údaje v reálnom čase na zrozumiteľné a použiteľné fyzikálne veličiny, ako je reologická viskozita, ktoré umožňujú optimalizáciu procesu. Môžete napríklad skrátiť časy miešania, pretože jasne vidíte, kedy je miešanie dokončené. Preto s You môžete zvýšiť produktivitu, ušetriť energiu a znížiť množstvo odpadu v porovnaní s menej optimalizovaným spracovaním.“
Cieľ č. 2: Zvýšte znalosti o procesoch a ich vizualizáciu. Pre procesy, ako je agregácia, Järveläinen hovorí: „Zo snímky neuvidíte veľa informácií. Len odoberiete vzorku a idete do laboratória a pozeráte sa, aké to bolo pred minútami alebo hodinami. Je to ako jazda po diaľnici, každú hodinu Otvorte na minútu oči a skúste predpovedať, kam cesta vedie.“ Sause súhlasí a poznamenáva, že senzorová sieť vyvinutá v CosiMo „nám pomáha získať úplný obraz o procese a správaní materiálu. V procese môžeme vidieť miestne efekty v reakcii na zmeny hrúbky dielu alebo integrovaných materiálov, ako je penové jadro. To, o čo sa snažíme, je poskytnúť informácie o tom, čo sa v skutočnosti deje vo forme. To nám umožňuje určiť rôzne informácie, ako je tvar čela toku, príchod každého čiastkového času a stupeň agregácie na každom mieste senzora.
Collo spolupracuje s výrobcami epoxidových lepidiel, farieb a dokonca aj piva na vytváraní procesných profilov pre každú vyrobenú šaržu. Teraz si každý výrobca môže pozrieť dynamiku svojho procesu a nastaviť optimalizovanejšie parametre s upozorneniami na zásah, keď šarže nezodpovedajú špecifikácii. stabilizovať a zlepšiť kvalitu.
Video prednej časti toku v časti CosiMo (vstrekovací vstup je biely bod v strede) ako funkcia času na základe nameraných údajov zo siete in-mold senzorov. Obrazový kredit: projekt CosiMo, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
„Chcem vedieť, čo sa stane počas výroby dielu, nie otvárať škatuľu a vidieť, čo sa stane potom,“ hovorí Karapapas z Meggitt.“ Produkty, ktoré sme vyvinuli pomocou Cranfieldových dielektrických senzorov, nám umožnili vidieť proces in-situ a boli sme tiež schopní na overenie vytvrdzovania živice.“ Pomocou všetkých šiestich typov senzorov opísaných nižšie (nie je to úplný zoznam, len malý výber, aj dodávatelia) je možné monitorovať vytvrdzovanie/polymerizáciu a prietok živice. Niektoré senzory majú ďalšie možnosti a kombinované typy senzorov môžu rozšíriť možnosti sledovania a vizualizácie. Toto bolo demonštrované počas CosiMo, ktorý využíval ultrazvukové, dielektrické a piezorezistívne snímače v režime na meranie teploty a tlaku od spoločnosti Kistler (Winterthur, Švajčiarsko).
Cieľ č. 3: Skrátiť čas cyklu. Snímače Collo dokážu merať rovnomernosť dvojzložkového rýchlo tuhnúceho epoxidu, keď sa časti A a B miešajú a vstrekujú počas RTM a na každé miesto vo forme, kde sú takéto snímače umiestnené. rýchlejšie vytvrdzovacie živice pre aplikácie ako Urban Air Mobility (UAM), ktoré by poskytli rýchlejšie cykly vytvrdzovania v porovnaní so súčasnými jednozložkovými epoxidmi, ako je RTM6.
Collo senzory môžu tiež monitorovať a vizualizovať odplyňovanie, vstrekovanie a vytvrdzovanie epoxidu a kedy je každý proces dokončený. Dokončovacie vytvrdzovanie a ďalšie procesy založené na skutočnom stave spracovávaného materiálu (oproti tradičným časovým a teplotným receptúram) sa nazýva manažment stavu materiálu (MSM). Spoločnosti ako AvPro (Norman, Oklahoma, USA) už desaťročia sledujú MSM, aby sledovali zmeny v materiáloch a procesoch dielov, pretože sledujú špecifické ciele pre teplotu skleného prechodu (Tg), viskozitu, polymerizáciu a/alebo Napríklad sieť senzorov a digitálna analýza v CosiMo sa použili na určenie minimálneho času potrebného na zahriatie RTM lisu a formy a zistilo sa, že 96 % maximálnej polymerizácie sa dosiahlo za 4,5 minúty.
Dodávatelia dielektrických senzorov ako Lambient Technologies (Cambridge, MA, USA), Netzsch (Selb, Nemecko) a Synthesites (Uccle, Belgicko) tiež preukázali svoju schopnosť skrátiť časy cyklu. Výskumný a vývojový projekt Synthesites s výrobcami kompozitov Hutchinson (Paríž, Francúzsko ) a Bombardier Belfast (teraz Spirit AeroSystems (Belfast, Írsko)) uvádzajú, že na základe meraní odporu živice a teploty v reálnom čase sa prostredníctvom jednotky na získavanie údajov Optimold a softvéru Optiview Software konvertuje na odhadovanú viskozitu a Tg.“ Výrobcovia môžu vidieť Tg v reálnom čase, aby sa mohli rozhodnúť, kedy zastaviť cyklus vytvrdzovania,“ vysvetľuje Nikos Pantelelis, riaditeľ spoločnosti Synthesites. „Nemusia čakať na dokončenie cyklu prenosu, ktorý je dlhší, ako je potrebné. Napríklad tradičný cyklus pre RTM6 je 2-hodinové úplné vytvrdnutie pri 180 °C. Videli sme, že pri niektorých geometriách sa to dá skrátiť na 70 minút. Toto bolo preukázané aj v projekte INNOTOOL 4.0 (pozri „Zrýchlenie RTM pomocou snímačov tepelného toku“), kde použitie snímača tepelného toku skrátilo cyklus vytvrdzovania RTM6 zo 120 minút na 90 minút.
Cieľ č. 4: Riadenie adaptívnych procesov v uzavretej slučke. Pre projekt CosiMo je konečným cieľom automatizovať riadenie s uzavretou slučkou počas výroby kompozitných dielov. Toto je aj cieľom projektov ZAero a iComposite 4.0, o ktorých informovalo CW v r. 2020 (zníženie nákladov o 30 – 50 %). Upozorňujeme, že tieto zahŕňajú rôzne procesy – automatizované umiestňovanie predimpregnovanej pásky (ZAero) a predtvarovanie rozprašovaním vlákien v porovnaní s vysokotlakovým T-RTM v CosiMo pre RTM s rýchlo vytvrdzujúcim epoxidom (iComposite 4.0). z týchto projektov využívajú senzory s digitálnymi modelmi a algoritmami na simuláciu procesu a predpovedanie výsledku hotového dielu.
Riadenie procesu možno považovať za sériu krokov, vysvetlil Sause. Prvým krokom je integrácia senzorov a procesných zariadení, povedal, „aby sme si predstavili, čo sa deje v čiernej skrinke, a parametre, ktoré sa majú použiť. Ďalších pár krokov, možno polovica riadenia s uzavretou slučkou, je schopných stlačiť tlačidlo zastavenia, aby ste zasiahli, vyladili proces a zabránili odmietnutým dielom. Ako posledný krok môžete vyvinúť digitálne dvojča, ktoré sa dá automatizovať, ale vyžaduje si aj investície do metód strojového učenia.“ V CosiMo táto investícia umožňuje senzorom vkladať údaje do digitálneho dvojčaťa, analýza okrajov (výpočty vykonávané na okraji výrobnej linky oproti výpočtom z centrálneho úložiska údajov) sa potom používa na predpovedanie dynamiky čela toku, obsahu vlákien na textilný predlisok. a potenciálne suché miesta.“ V ideálnom prípade môžete vytvoriť nastavenia, ktoré umožnia riadenie a ladenie v uzavretej slučke v procese,“ povedal Sause. „Tieto parametre budú zahŕňať parametre ako vstrekovací tlak, tlak formy a teplota. Tieto informácie môžete použiť aj na optimalizáciu materiálu.“
Spoločnosti pri tom využívajú senzory na automatizáciu procesov. Napríklad spoločnosť Synthesites spolupracuje so svojimi zákazníkmi na integrácii senzorov so zariadením na uzavretie vstupu živice po dokončení infúzie alebo zapnutie tepelného lisu, keď sa dosiahne cieľové vytvrdenie.
Järveläinen poznamenáva, že na určenie, ktorý senzor je najlepší pre každý prípad použitia, „musíte pochopiť, aké zmeny v materiáli a procese chcete monitorovať, a potom musíte mať analyzátor.“ Analyzátor získava údaje zozbierané dotazovačom alebo jednotkou na zber údajov. nespracované údaje a previesť ich na informácie použiteľné výrobcom.“ V skutočnosti vidíte veľa spoločností, ktoré integrujú senzory, ale potom s údajmi nič nerobia,“ povedal Sause. Čo je potrebné, vysvetlil, je „systém zberu údajov, ako aj architektúry ukladania údajov, aby bolo možné údaje spracovať.
„Koncoví používatelia nechcú vidieť len nespracované údaje,“ hovorí Järveläinen.“ Chcú vedieť: „Je proces optimalizovaný?“ Kedy je možné urobiť ďalší krok?“ Ak to chcete urobiť, musíte skombinovať viacero senzorov na analýzu a potom použite strojové učenie na urýchlenie procesu.“ Tento prístup analýzy okrajov a strojového učenia, ktorý používa tím Collo a CosiMo, možno dosiahnuť pomocou máp viskozity, numerických modelov čela toku živice a vizualizuje sa schopnosť v konečnom dôsledku riadiť parametre procesu a strojné zariadenia.
Optimold je analyzátor vyvinutý spoločnosťou Synthesites pre jej dielektrické senzory. Jednotka Optimold, riadená softvérom Optiview od spoločnosti Synthesites, využíva merania teploty a odporu živice na výpočet a zobrazenie grafov v reálnom čase na sledovanie stavu živice vrátane pomeru miešania, chemického starnutia, viskozity, Tg. a stupeň vytvrdnutia.Môže byť použitý v procesoch formovania predimpregnovaných laminátov a kvapalín.Na monitorovanie prietoku sa používa samostatná jednotka Optiflow.Synthesites vyvinula aj simulátor vytvrdzovania, ktorý nevyžaduje senzor vytvrdzovania vo forme alebo diele, ale namiesto toho používa teplotný senzor a vzorky živice/predimpregnovaného laminátu v tejto analyzačnej jednotke. „Používame túto najmodernejšiu metódu infúzie a vytvrdzovania lepidla na výrobu lopatiek veterných turbín,“ povedal Nikos Pantelelis, riaditeľ spoločnosti Synthesites.
Systémy riadenia procesov spoločnosti Synthesites integrujú senzory, jednotky na zber údajov Optiflow a/alebo Optimold a softvér OptiView a/alebo Online Resin Status (ORS). Obrazový kredit: Synthesites, edited by The CW
Preto väčšina dodávateľov snímačov vyvinula svoje vlastné analyzátory, niektoré využívajúce strojové učenie a iní nie. Výrobcovia kompozitov však môžu tiež vyvinúť svoje vlastné systémy na mieru alebo kúpiť bežne dostupné nástroje a upraviť ich tak, aby vyhovovali špecifickým potrebám. je potrebné zvážiť len jeden faktor. Existuje mnoho ďalších.
Kontakt je tiež dôležitým faktorom pri výbere snímača, ktorý sa má použiť. Snímač môže byť v kontakte s materiálom, snímačom alebo oboma. Napríklad snímače tepelného toku a ultrazvukové snímače možno vložiť do formy RTM 1-20 mm od povrchu – presné sledovanie nevyžaduje kontakt s materiálom vo forme.Ultrazvukové snímače môžu tiež snímať diely v rôznych hĺbkach v závislosti od použitej frekvencie.Elektromagnetické snímače Collo dokážu snímať aj hĺbku kvapalín alebo častí – 2-10 cm, v závislosti o frekvencii výsluchov – a prostredníctvom nekovových nádob alebo nástrojov v kontakte so živicou.
Magnetické mikrodrôty (pozri „Bezkontaktné monitorovanie teploty a tlaku vo vnútri kompozitov“) sú však v súčasnosti jedinými snímačmi, ktoré sú schopné skúmať kompozity na vzdialenosť 10 cm. Je to preto, že využíva elektromagnetickú indukciu na vyvolanie odozvy zo snímača, ktorá je zabudovaný v kompozitnom materiáli. Mikrodrôtový senzor ThermoPulse od AvPro, zabudovaný do lepiacej spojovacej vrstvy, bol skúmaný cez 25 mm hrubý laminát z uhlíkových vlákien na meranie teploty počas procesu spájania. Keďže mikrodrôty majú chlpatý priemer 3-70 mikrónov, neovplyvňujú vlastnosti kompozitu alebo spojov. Pri mierne väčších priemeroch 100-200 mikrónov môžu byť senzory z optických vlákien tiež zabudované bez zhoršenia štrukturálnych vlastností. Pretože však na meranie využívajú svetlo, senzory z optických vlákien musia mať káblové pripojenie k Podobne, keďže dielektrické senzory používajú napätie na meranie vlastností živice, musia byť tiež pripojené k vyšetrovaču a väčšina z nich musí byť v kontakte so živicou, ktorú monitorujú.
Snímač Collo Probe (hore) môže byť ponorený do kvapalín, zatiaľ čo doska Collo Plate (spodná časť) je inštalovaná v stene nádoby/zmiešavacej nádoby alebo procesného potrubia/plniaceho potrubia.Kredit obrázku: ColloidTek Oy
Teplotná schopnosť snímača je ďalším kľúčovým faktorom. Napríklad väčšina bežne dostupných ultrazvukových snímačov zvyčajne pracuje pri teplotách do 150 °C, ale časti v CosiMo je potrebné tvarovať pri teplotách nad 200 °C. Preto UNA museli navrhnúť ultrazvukový senzor s touto schopnosťou. Jednorazové dielektrické senzory Lambient možno použiť na povrchy dielov až do 350 °C a jeho opakovane použiteľné in-mold senzory možno použiť až do 250 °C. Spoločnosť RVmagnetics (Košice, Slovensko) vyvinula jeho mikrodrôtový senzor pre kompozitné materiály, ktoré vydržia vytvrdzovanie pri 500 °C. Zatiaľ čo samotná technológia senzora Collo nemá žiadny teoretický teplotný limit, sú testované aj kryt z tvrdeného skla pre Collo Plate a nové puzdro z polyéteréterketónu (PEEK) pre Collo Probe pre nepretržitú prevádzku pri 150 °C, podľa Järveläinena. Medzitým spoločnosť PhotonFirst (Alkmaar, Holandsko) použila polyimidový povlak na zabezpečenie prevádzkovej teploty 350 °C pre svoj optický senzor pre projekt SuCoHS, pre trvalo udržateľný a nákladný efektívny vysokoteplotný kompozit.
Ďalším faktorom, ktorý je potrebné zvážiť, najmä pri inštalácii, je, či snímač meria v jednom bode alebo ide o lineárny snímač s viacerými bodmi snímania. Napríklad optické snímače Com&Sens (Eke, Belgicko) môžu mať dĺžku až 100 metrov a až 40 snímacích bodov s vláknovou Braggovou mriežkou (FBG) s minimálnym rozostupom 1 cm. Tieto snímače sa používajú na monitorovanie zdravotného stavu konštrukcie (SHM) 66 metrov dlhých kompozitných mostov a monitorovanie prietoku živice počas infúzie veľkých mostových dosiek. jednotlivé bodové senzory pre takýto projekt by si vyžadovali veľké množstvo senzorov a veľa času na inštaláciu. NCC a Cranfield University tvrdia podobné výhody pre svoje lineárne dielektrické senzory. V porovnaní s jednobodovými dielektrickými senzormi ponúkanými spoločnosťami Lambient, Netzsch a Synthesites, “ Pomocou nášho lineárneho snímača môžeme nepretržite monitorovať tok živice po celej dĺžke, čo výrazne znižuje počet snímačov požadovaných v diele alebo nástroji.
AFP NLR pre senzory s vláknovou optikou Špeciálna jednotka je integrovaná do 8. kanála hlavy Coriolis AFP na umiestnenie štyroch polí senzorov z optických vlákien do vysokoteplotného kompozitného testovacieho panelu vystuženého uhlíkovými vláknami. Obrazový kredit: SuCoHS Project, NLR
Lineárne senzory tiež pomáhajú automatizovať inštalácie. V projekte SuCoHS spoločnosť Royal NLR (Dutch Aerospace Centre, Marknesse) vyvinula špeciálnu jednotku integrovanú do 8. kanála Automated Fiber Placement (AFP) vedúceho spoločnosti Coriolis Composites (Queven, Francúzsko) na vloženie štyroch polí ( samostatné linky z optických vlákien), každý s 5 až 6 senzormi FBG (PhotonFirst ponúka celkovo 23 senzorov), v testovacích paneloch z uhlíkových vlákien. RVmagnetics umiestnil svoje mikrodrôtové senzory do pultrudovanej výstuže GFRP.“ Drôty sú nespojité [1 – 4 cm dlhé pre väčšinu kompozitných mikrodrôtov], ale sú automaticky umiestňované priebežne pri výrobe výstuže,“ povedal Ratislav Varga, spoluzakladateľ RVmagnetics. „Máte mikrodrôt s 1km mikrodrôtom. zvitky vlákna a privádzajú ho do zariadenia na výrobu výstuže bez toho, aby sa zmenil spôsob výroby výstuže. Medzitým Com&Sens pracuje na automatizovanej technológii na zabudovanie optických senzorov počas procesu navíjania vlákna v tlakových nádobách.
Kvôli svojej schopnosti viesť elektrinu môže uhlíkové vlákno spôsobiť problémy s dielektrickými senzormi. Dielektrické senzory používajú dve elektródy umiestnené blízko seba.“ Ak vlákna premostia elektródy, skratujú senzor,“ vysvetľuje zakladateľ spoločnosti Lambient Huan Lee. V tomto prípade použite filter." Filter prepúšťa živicu cez senzory, ale izoluje ich od uhlíkových vlákien." Lineárny dielektrický senzor vyvinutý Cranfieldskou univerzitou a NCC využíva odlišný prístup, vrátane dvoch skrútených párov medených drôtov. Pri privedení napätia sa medzi drôtmi vytvorí elektromagnetické pole, ktoré sa používa na meranie impedancie živice. Drôty sú potiahnuté s izolačným polymérom, ktorý neovplyvňuje elektrické pole, ale zabraňuje skratovaniu uhlíkových vlákien.
Problémom sú, samozrejme, aj náklady. Spoločnosť Com&Sens uvádza, že priemerné náklady na snímací bod FBG sú 50 – 125 eur, ktoré môžu klesnúť na približne 25 – 35 eur, ak sa použijú v dávkach (napr. pre 100 000 tlakových nádob). iba zlomok súčasnej a projektovanej výrobnej kapacity kompozitných tlakových nádob, pozri článok CW z roku 2021 o vodíku.) Karapapas z Meggitt hovorí, že dostal ponuky na optické linky so senzormi FBG v priemere 250 £/senzor (≈300€/senzor), vyšetrovač má hodnotu približne 10 000 libier (12 000 eur). “Lineárny dielektrický senzor, ktorý sme testovali, bol skôr ako potiahnutý drôt, ktorý si môžete kúpiť z regálu,” dodal.” Vyšetrovač, ktorý používame,” dodáva Alex Skordos, čitateľ ( vedúci výskumník) v Composites Process Science na Cranfield University, „je analyzátor impedancie, ktorý je veľmi presný a stojí najmenej 30 000 £ [≈ 36 000 EUR], ale NCC používa oveľa jednoduchší vyšetrovač, ktorý v podstate pozostáva z bežne dostupných moduly od komerčnej spoločnosti Advise Deta [Bedford, Spojené kráľovstvo].“ Spoločnosť Synthesites ponúka 1 190 EUR za zabudované snímače a 20 EUR za snímače na jedno použitie/dielne V EUR je cena Optiflow kótovaná na 3 900 EUR a Optimold za 7 200 EUR, s rastúcimi zľavami na viacero jednotiek analyzátora. Tieto ceny zahŕňajú softvér Optiview a všetky potrebná podpora, povedal Pantelelis a dodal, že výrobcovia veterných lopatiek ušetria 1,5 hodiny na cyklus, pridajú lopatky na rad za mesiac a znížia spotrebu energie o 20 percent, s návratnosťou investície len za štyri mesiace.
Spoločnosti používajúce senzory získajú výhodu s vývojom digitálnej výroby kompozitov 4.0. Napríklad Grégoire Beauduin, riaditeľ obchodného rozvoja spoločnosti Com&Sens, hovorí: „Keďže sa výrobcovia tlakových nádob snažia znížiť hmotnosť, spotrebu materiálu a náklady, môžu použiť naše senzory na zdôvodnenie ich návrhy a monitorujú výrobu, keď dosiahnu požadované úrovne do roku 2030. Rovnaké senzory, ktoré sa používajú na hodnotenie úrovní napätia vo vrstvách počas navíjania a vytvrdzovania vlákna, môžu tiež monitorovať integritu nádrže počas tisícok cyklov tankovania, predpovedať potrebnú údržbu a na konci návrhu opätovne certifikovať života. We can Pre každú vyrobenú kompozitnú tlakovú nádobu sa poskytuje digitálny dvojitý dátový fond a riešenie sa vyvíja aj pre satelity.“
Umožnenie digitálnych dvojčiat a vlákien Com&Sens spolupracuje s výrobcom kompozitov na využívaní svojich optických senzorov na umožnenie toku digitálnych údajov cez návrh, výrobu a servis (vpravo) na podporu digitálnych identifikačných kariet, ktoré podporujú digitálne dvojča každej vyrobenej časti (vľavo). Obrazový kredit: Com&Sens a Obrázok 1, „Engineering with Digital Threads“ od V. Singha, K. Wilcoxa.
Údaje zo senzorov teda podporujú digitálne dvojča, ako aj digitálne vlákno, ktoré zahŕňa dizajn, výrobu, servisné operácie a zastarávanie. Pri analýze pomocou umelej inteligencie a strojového učenia sa tieto údaje vkladajú späť do návrhu a spracovania, čím sa zlepšuje výkon a udržateľnosť. zmenila aj spôsob, akým spolupracujú dodávateľské reťazce. Napríklad výrobca lepidiel Kiilto (Tampere, Fínsko) používa senzory Collo, aby pomohol svojim zákazníkom kontrolovať pomer zložiek A, B atď. vo svojom zariadení na miešanie viaczložkových lepidiel.“ Kiilto môže teraz upraviť zloženie svojich lepidiel pre jednotlivých zákazníkov,“ hovorí Järveläinen, „ale tiež umožňuje spoločnosti Kiilto pochopiť, ako živice interagujú v procesoch zákazníkov a ako zákazníci interagujú s ich produktmi, čo mení spôsob výroby. Reťazce môžu spolupracovať."
OPTO-Light používa senzory Kistler, Netzsch a Synthesites na monitorovanie vytvrdzovania termoplastických epoxidových CFRP dielov. Obrazový kredit: AZL
Senzory tiež podporujú inovatívne kombinácie nových materiálov a procesov. V článku CW z roku 2019 o projekte OPTO-Light (pozri „Termoplastické termosety, 2-minútový cyklus, jedna batéria“), AZL Aachen (Aachen, Nemecko) používa dvojkrokový proces horizontálneho stlačenia jedného To (UD) karbónového vlákna/epoxidového predimpregnovaného laminátu, potom prelisovaný 30 % krátkym skleneným vláknom vystuženým PA6. Kľúčom je len čiastočné vytvrdenie predimpregnovaného laminátu, aby zostávajúca reaktivita v epoxide umožnila spojenie s termoplastom .AZL používa analyzátory Optimold a Netzsch DEA288 Epsilon s dielektrickými snímačmi Synthesites a Netzsch a snímačmi Kistler in-mold a softvérom DataFlow na optimalizáciu vstrekovania.“ Musíte mať hlboké znalosti o procese lisovania predimpregnovaných laminátov, pretože sa musíte uistiť, že pochopiť stav vytvrdnutia, aby sa dosiahlo dobré spojenie s termoplastickým prelisovaním,“ vysvetľuje výskumný inžinier AZL Richard Schares. "V budúcnosti môže byť proces adaptívny a inteligentné, rotácia procesu je spúšťaná signálmi senzorov."
Je tu však zásadný problém, hovorí Järveläinen, „a to je nedostatočné pochopenie zo strany zákazníkov, ako integrovať tieto rôzne senzory do svojich procesov. Väčšina spoločností nemá expertov na senzory.“ V súčasnosti si cesta vpred vyžaduje, aby si výrobcovia senzorov a zákazníci vymieňali informácie tam a späť. Organizácie ako AZL, DLR (Augsburg, Nemecko) a NCC rozvíjajú expertízu v oblasti viacerých senzorov. Sause povedal, že v rámci UNA existujú skupiny, ako aj vedľajšie produkty. spoločnosti, ktoré ponúkajú integráciu senzorov a služby digitálneho dvojčaťa. Dodal, že produkčná sieť AI v Augsburgu si na tento účel prenajala zariadenie s rozlohou 7 000 metrov štvorcových, „rozširujúc tak vývojový plán spoločnosti CosiMo na veľmi široký rozsah, vrátane prepojených automatizačných buniek, kde priemyselní partneri dokáže umiestniť stroje, spustiť projekty a naučiť sa integrovať nové riešenia AI.“
Carapappas povedal, že demonštrácia dielektrického senzora Meggitt na NCC bola len prvým krokom v tom. „Nakoniec chcem monitorovať svoje procesy a pracovné postupy a vkladať ich do nášho ERP systému, aby som vopred vedel, ktoré komponenty mám vyrábať, akých ľudí potrebné a aké materiály objednať. Digitálna automatizácia sa vyvíja.”
Vitajte v online knihe SourceBook, ktorá zodpovedá výročnej tlačenej edícii CompositesWorld Príručky nákupcu SourceBook Composites Industry.
Spirit AeroSystems implementuje Airbus Smart Design pre stredový trup A350 a predné nosníky v Kingstone, NC
Čas odoslania: 20. mája 2022
