Włoski dostawca OEM i dostawca Tier 1, Leonardo, współpracował z działem badawczo-rozwojowym CETMA w celu opracowania nowych materiałów kompozytowych, maszyn i procesów, w tym zgrzewania indukcyjnego w celu konsolidacji kompozytów termoplastycznych na miejscu.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, lider w produkcji materiałów kompozytowych, produkuje jednoczęściowe lufy kadłuba do Boeinga 787. Współpracuje z CETMA w celu opracowania nowych technologii, w tym ciągłego formowania tłocznego (CCM) i SQRTM (dół).Technologia produkcji.Źródło |Leonardo i CETMA
Ten blog powstał na podstawie mojego wywiadu ze Stefano Corvaglią, inżynierem materiałowym, dyrektorem ds. badań i rozwoju oraz menadżerem własności intelektualnej w dziale konstrukcji samolotów Leonardo (zakłady produkcyjne w Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola, południowe Włochy) oraz wywiadem z dr. Silvio Pappadà, działem badań inżynier i szef.Projekt współpracy pomiędzy CETMA (Brindisi, Włochy) i Leonardo.
Leonardo (Rzym, Włochy) to jeden z głównych graczy na świecie w branży lotniczej, obronnej i bezpieczeństwa, osiągający obroty rzędu 13,8 miliarda euro i zatrudniający ponad 40 000 pracowników na całym świecie.Firma dostarcza kompleksowe rozwiązania dla systemów powietrznych, lądowych, morskich, kosmicznych, sieciowych i bezpieczeństwa oraz systemów bezzałogowych na całym świecie.Inwestycje Leonardo w badania i rozwój wynoszą około 1,5 miliarda euro (11% przychodów w 2019 r.), co plasuje Leonardo na drugim miejscu w Europie i czwartym na świecie pod względem inwestycji badawczych w dziedzinach lotnictwa i obronności.
Leonardo Aerostructures produkuje jednoczęściowe kompozytowe lufy kadłuba do części 44 i 46 Boeinga 787 Dreamliner.Źródło |Leonardo
Leonardo, poprzez swój dział konstrukcji lotniczych, zapewnia głównym na świecie programom samolotów cywilnych produkcję i montaż dużych elementów konstrukcyjnych z materiałów kompozytowych i tradycyjnych, w tym kadłuba i ogona.
Leonardo Aerostructures produkuje kompozytowe stabilizatory poziome dla Boeinga 787 Dreamliner.Źródło |Leonardo
Jeśli chodzi o materiały kompozytowe, dział Aerospace Structure Division firmy Leonardo produkuje „jednoczęściowe lufy” do 44 i 46 środkowych sekcji kadłuba Boeinga 787 w swojej fabryce w Grottaglie oraz stabilizatorów poziomych w fabryce w Foggia, co stanowi około 14% kadłuba 787.%.Produkcja innych produktów o konstrukcji kompozytowej obejmuje produkcję i montaż tylnego skrzydła samolotów komercyjnych ATR i Airbus A220 w zakładzie w Foggia.Foggia produkuje również części kompozytowe do Boeinga 767 i programów wojskowych, w tym Joint Strike Fighter F-35, myśliwiec Eurofighter Typhoon, wojskowy samolot transportowy C-27J i Falco Xplorer, najnowszy członek rodziny bezzałogowych statków powietrznych Falco wyprodukowany przez Leonarda.
„Wspólnie z CETMA prowadzimy wiele działań, takich jak kompozyty termoplastyczne i formowanie przetłoczne żywicy (RTM)” – powiedziała Corvaglia.„Naszym celem jest przygotowanie działań badawczo-rozwojowych do produkcji w możliwie najkrótszym czasie.W naszym dziale (zarządzanie badaniami i rozwojem oraz własnością intelektualną) poszukujemy również przełomowych technologii o niższym TRL (poziom gotowości technicznej, tj. niższy TRL dopiero się rozwija i jest dalej od produkcji), ale mamy nadzieję być bardziej konkurencyjni i zapewniać pomoc klientom na całym świecie świat."
Pappadà dodał: „Od czasu naszych wspólnych wysiłków ciężko pracujemy, aby zmniejszyć koszty i wpływ na środowisko.Odkryliśmy, że liczba kompozytów termoplastycznych (TPC) została zmniejszona w porównaniu z materiałami termoutwardzalnymi”.
Corvaglia zauważyła: „Opracowaliśmy te technologie wspólnie z zespołem Silvio i zbudowaliśmy kilka zautomatyzowanych prototypów akumulatorów, aby przetestować je w produkcji”.
„CCM jest doskonałym przykładem naszych wspólnych wysiłków” – powiedział Pappadà.„Leonardo zidentyfikował pewne komponenty wykonane z termoutwardzalnych materiałów kompozytowych.Wspólnie zgłębialiśmy technologię dostarczania tych podzespołów w TPC, koncentrując się na miejscach, w których na samolocie znajduje się duża ilość części, takich jak struktury spajające i proste kształty geometryczne.Słupki.
Części wyprodukowane przy użyciu linii produkcyjnej ciągłego formowania tłocznego firmy CETMA.Źródło |„CETMA: Innowacje w zakresie badań i rozwoju włoskich materiałów kompozytowych”
Kontynuował: „Potrzebujemy nowej technologii produkcji charakteryzującej się niskim kosztem i wysoką produktywnością”.Podkreślił, że w przeszłości przy produkcji pojedynczego komponentu TPC generowana była duża ilość odpadów.„Więc wyprodukowaliśmy kształt siatki w oparciu o technologię nieizotermicznego formowania tłocznego, ale wprowadziliśmy pewne innowacje (zgłoszenie patentowe), aby zmniejszyć ilość odpadów.Zaprojektowaliśmy do tego w pełni automatyczną jednostkę, a następnie zbudowała ją dla nas włoska firma.„
Według Pappadà jednostka może produkować komponenty zaprojektowane przez Leonarda: „jeden komponent co 5 minut, pracując 24 godziny na dobę”.Jednak jego zespół musiał następnie wymyślić, jak wyprodukować preformy.Wyjaśnił: „Na początku potrzebowaliśmy procesu laminowania na płasko, ponieważ w tamtym czasie stanowiło to wąskie gardło”.„Tak więc nasz proces rozpoczął się od półwyrobu (płaskiego laminatu), a następnie podgrzaliśmy go w piecu na podczerwień (IR)., A następnie włożyć do prasy w celu uformowania.Laminaty płaskie produkowane są zazwyczaj na dużych prasach, co wymaga 4-5 godzin cyklu.Postanowiliśmy przestudiować nową metodę, która pozwala szybciej wytwarzać płaskie laminaty.Dlatego w Leonardo Przy wsparciu inżynierów opracowaliśmy w CETMA linię produkcyjną CCM o wysokiej wydajności.Skróciliśmy czas cyklu części 1 m na 1 m do 15 minut.Ważne jest to, że jest to proces ciągły, dzięki czemu możemy produkować nieograniczoną długość.”
Kamera termowizyjna na podczerwień (IRT) na linii do progresywnego formowania walcowego SPARE pomaga CETMA zrozumieć rozkład temperatury podczas procesu produkcyjnego i wygenerować analizę 3D w celu weryfikacji modelu komputerowego podczas procesu opracowywania CCM.Źródło |„CETMA: Innowacje w zakresie badań i rozwoju włoskich materiałów kompozytowych”
Jak jednak wypada ten nowy produkt w porównaniu z CCM, którego Xperion (obecnie XELIS, Markdorf, Niemcy) używa od ponad dziesięciu lat?Pappadà powiedział: „Opracowaliśmy modele analityczne i numeryczne, które pozwalają przewidzieć defekty, takie jak puste przestrzenie”.„Współpracowaliśmy z Leonardo i Uniwersytetem w Salento (Lecce, Włochy), aby zrozumieć parametry i ich wpływ na jakość.Używamy tych modeli do opracowywania nowego CCM, w którym możemy uzyskać dużą grubość, ale możemy również osiągnąć wysoką jakość.Dzięki tym modelom możemy nie tylko zoptymalizować temperaturę i ciśnienie, ale także zoptymalizować sposób ich aplikacji.Można opracować wiele technik równomiernego rozprowadzania temperatury i ciśnienia.Musimy jednak zrozumieć wpływ tych czynników na właściwości mechaniczne i rozwój defektów konstrukcji kompozytowych”.
Pappadà kontynuował: „Nasza technologia jest bardziej elastyczna.Podobnie CCM został opracowany 20 lat temu, ale nie ma o nim żadnych informacji, ponieważ nieliczne firmy, które z niego korzystają, nie dzielą się wiedzą i doświadczeniem.Dlatego musimy zaczynać od zera, wyłącznie w oparciu o naszą wiedzę na temat materiałów kompozytowych i ich przetwarzania.
„Obecnie przeglądamy plany wewnętrzne i współpracujemy z klientami, aby znaleźć elementy tych nowych technologii” – powiedziała Corvaglia.„Być może konieczne będzie przeprojektowanie i ponowna kwalifikacja tych części przed rozpoczęciem produkcji”.Dlaczego?„Celem jest uczynienie samolotu możliwie najlżejszym, ale po konkurencyjnej cenie.Dlatego musimy również zoptymalizować grubość.Może się jednak okazać, że jedna część może zmniejszyć wagę lub zidentyfikować wiele części o podobnych kształtach, co może zaoszczędzić sporo pieniędzy”.
Powtórzył, że do tej pory ta technologia była w rękach kilku osób.„Ale opracowaliśmy alternatywne technologie, aby zautomatyzować te procesy, dodając bardziej zaawansowane formy tłoczone.Wkładamy płaski laminat, a następnie wyjmujemy jego część, gotową do użycia.Jesteśmy w trakcie przeprojektowywania części i opracowywania części płaskich lub profilowanych.Etap CCM.”
„Mamy teraz bardzo elastyczną linię produkcyjną CCM w CETMA” – powiedział Pappadà.„Tutaj możemy zastosować różne naciski, aby uzyskać złożone kształty.Linia produktów, którą opracujemy wspólnie z Leonardo, będzie bardziej skupiona na spełnieniu określonych Wymaganych komponentów.Wierzymy, że zamiast bardziej skomplikowanych kształtów można zastosować różne żyłki CCM do podłużnic płaskich i w kształcie litery L.W ten sposób, w porównaniu z dużymi prasami używanymi obecnie do produkcji skomplikowanych geometrycznych części TPC, możemy obniżyć koszty sprzętu.
CETMA wykorzystuje CCM do produkcji podłużnic i paneli z jednokierunkowej taśmy z włókna węglowego/PEKK, a następnie wykorzystuje spawanie indukcyjne demonstratora wiązek stępek do ich połączenia w ramach projektu Clean Sky 2 KEELBEMAN zarządzanego przez EURECAT.Źródło|”Zrealizowano demonstrator spawania termoplastycznych belek kilowych.”
„Spawanie indukcyjne jest bardzo interesujące w przypadku materiałów kompozytowych, ponieważ temperaturę można bardzo dobrze regulować i kontrolować, nagrzewanie jest bardzo szybkie, a kontrola jest bardzo precyzyjna” – powiedział Pappadà.„Wspólnie z Leonardo opracowaliśmy spawanie indukcyjne do łączenia komponentów TPC.Ale teraz rozważamy zastosowanie zgrzewania indukcyjnego do konsolidacji na miejscu (ISC) taśmy TPC.W tym celu opracowaliśmy nową taśmę z włókna węglowego, którą można bardzo szybko nagrzać metodą zgrzewania indukcyjnego przy użyciu specjalnej maszyny.Taśma wykorzystuje ten sam materiał bazowy co taśma dostępna na rynku, ale ma inną architekturę, która poprawia nagrzewanie elektromagnetyczne.Optymalizując właściwości mechaniczne, rozważamy również proces mający na celu spełnienie różnych wymagań, takich jak radzenie sobie z nimi w sposób opłacalny i wydajny poprzez automatyzację.
Zwrócił uwagę, że przy dobrej wydajności trudno jest osiągnąć ISC przy użyciu taśmy TPC.„Aby wykorzystać go do produkcji przemysłowej, należy szybciej nagrzewać i schładzać oraz wywierać nacisk w bardzo kontrolowany sposób.Dlatego zdecydowaliśmy się zastosować zgrzewanie indukcyjne, aby ogrzać tylko niewielki obszar, w którym materiał ulega konsolidacji, a reszta laminatów jest utrzymywana w niskiej temperaturze.”Pappadà twierdzi, że TRL w przypadku spawania indukcyjnego stosowanego w montażu jest wyższy.„
Integracja na miejscu przy użyciu nagrzewania indukcyjnego wydaje się niezwykle destrukcyjna – obecnie żaden inny OEM ani dostawca nie robi tego publicznie.„Tak, to może być przełomowa technologia” – powiedziała Corvaglia.„Złożyliśmy wniosek o patenty na maszynę i materiały.Naszym celem jest produkt porównywalny z termoutwardzalnymi materiałami kompozytowymi.Wiele osób próbuje zastosować TPC do AFP (Automatic Fibre Placement), ale drugi krok trzeba połączyć.Pod względem geometrii jest to duże ograniczenie pod względem kosztów, czasu cyklu i rozmiaru części.W rzeczywistości możemy zmienić sposób, w jaki produkujemy części lotnicze”.
Oprócz tworzyw termoplastycznych Leonardo kontynuuje badania nad technologią RTM.„To kolejny obszar, w którym współpracujemy z CETMA i opatentowaliśmy nowe rozwiązania oparte na starej technologii (w tym przypadku SQRTM).Kwalifikowane formowanie przetłoczne żywicy pierwotnie opracowane przez Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, USA) (SQRTM).Corvaglia powiedziała: „Ważne jest, aby dysponować metodą autoklawową (OOA), która pozwala nam na użycie już zakwalifikowanych materiałów.„Pozwala nam to również na stosowanie prepregów o dobrze znanych właściwościach i właściwościach.Wykorzystaliśmy tę technologię do zaprojektowania, zademonstrowania i złożenia wniosku patentowego na ramy okienne samolotów.„
Pomimo Covid-19, CETMA nadal pracuje nad programem Leonardo. Tutaj pokazano zastosowanie SQRTM do wytwarzania konstrukcji okien samolotów w celu uzyskania komponentów pozbawionych defektów i przyspieszenia wstępnego formowania w porównaniu z tradycyjną technologią RTM.Dlatego Leonardo może zastąpić złożone części metalowe częściami kompozytowymi siatkowymi bez dalszej obróbki.Źródło |CETMA, Leonardo.
Pappadà zauważył: „To także starsza technologia, ale jeśli skorzystasz z Internetu, nie znajdziesz informacji o tej technologii”.Po raz kolejny wykorzystujemy modele analityczne do przewidywania i optymalizacji parametrów procesu.Dzięki tej technologii możemy uzyskać dobrą dystrybucję żywicy – brak suchych obszarów i gromadzenia się żywicy – i prawie zerową porowatość.Ponieważ możemy kontrolować zawartość włókien, możemy uzyskać bardzo wysokie właściwości strukturalne, a technologię można wykorzystać do wytwarzania skomplikowanych kształtów.Stosujemy te same materiały, które spełniają wymagania utwardzania w autoklawie, ale stosujemy metodę OOA, ale można też zdecydować się na zastosowanie żywicy szybkoutwardzalnej, aby skrócić czas cyklu do kilku minut.„
„Nawet przy obecnym prepregu skróciliśmy czas utwardzania” – stwierdziła Corvaglia.„Na przykład, w porównaniu do normalnego cyklu w autoklawie trwającego 8–10 godzin, w przypadku części takich jak ramy okienne SQRTM można stosować przez 3–4 godziny.Ciepło i ciśnienie są przykładane bezpośrednio do części, a masa grzewcza jest mniejsza.Ponadto nagrzewanie ciekłej żywicy w autoklawie jest szybsze niż powietrze, a jakość części jest również doskonała, co jest szczególnie korzystne w przypadku skomplikowanych kształtów.Żadnych poprawek, prawie zero pustych przestrzeni i doskonała jakość powierzchni, ponieważ to narzędzie kontroluje je, a nie worek próżniowy.
Leonardo wykorzystuje różnorodne technologie do wprowadzania innowacji.Ze względu na szybki rozwój technologii uważa, że inwestycje w badania i rozwój wysokiego ryzyka (niski TRL) są niezbędne dla rozwoju nowych technologii potrzebnych dla przyszłych produktów, co przekracza przyrostowe (krótkoterminowe) możliwości rozwojowe, jakie posiadają już istniejące produkty .Generalny plan badawczo-rozwojowy Leonardo na rok 2030 łączy w sobie takie połączenie strategii krótkoterminowych i długoterminowych, co stanowi jednolitą wizję zrównoważonej i konkurencyjnej firmy.
W ramach tego planu uruchomi Leonardo Labs, międzynarodową korporacyjną sieć laboratoriów badawczo-rozwojowych zajmującą się badaniami i rozwojem oraz innowacjami.Do 2020 roku firma będzie starała się otworzyć pierwszych sześć laboratoriów Leonardo w Mediolanie, Turynie, Genui, Rzymie, Neapolu i Tarencie i rekrutuje 68 badaczy (Leonardo Research Fellows) posiadających umiejętności w następujących dziedzinach): 36 autonomicznych inteligentnych systemów dla stanowiska sztucznej inteligencji, 15 analiz big data, 6 obliczeń o dużej wydajności, 4 elektryfikacja platform lotniczych, 5 materiałów i konstrukcji oraz 2 technologie kwantowe.Laboratorium Leonardo będzie pełniło rolę placówki innowacyjnej i twórcy technologii przyszłości Leonardo.
Warto dodać, że technologia Leonardo skomercjalizowana na samolotach może znaleźć zastosowanie także w jego departamentach lądowych i morskich.Bądź na bieżąco, aby otrzymywać więcej aktualizacji na temat Leonardo i jego potencjalnego wpływu na materiały kompozytowe.
Osnowa wiąże materiał wzmocniony włóknami, nadaje kształt komponentowi kompozytowemu i decyduje o jakości jego powierzchni.Matryca kompozytowa może być polimerowa, ceramiczna, metalowa lub węglowa.To jest przewodnik po wyborze.
W zastosowaniach kompozytowych te puste w środku mikrostruktury zastępują dużą objętość niewielką wagą, zwiększając objętość przetwarzania i jakość produktu.
Czas publikacji: 09 lutego 2021 r