Kestävän kehityksen tavoittelussa anturit lyhentävät kiertoaikoja, energiankäyttöä ja hukkaa, automatisoivat suljetun kierron prosessinohjausta ja lisäävät tietämystä, avaavat uusia mahdollisuuksia älykkäälle valmistukselle ja rakenteille.#sensors #sustainability #SHM
Anturit vasemmalla (ylhäältä alas): lämpövirta (TFX), muotissa olevat eristeet (Lambient), ultraääni (Augsburgin yliopisto), kertakäyttöiset eristeet (Synthesites) ja pennien ja lämpöparien välissä Microwire (AvPro). Kaaviot (ylhäällä, myötäpäivään): Collo-dielektrisyysvakio (CP) versus kolloioninen viskositeetti (CIV), hartsi vastus aikaa vastaan (Synthesites) ja digitaalinen malli kaprolaktaamiimplantoiduista esimuoteista käyttäen sähkömagneettisia antureita (CosiMo-projekti, DLR ZLP, Augsburgin yliopisto).
Globaali teollisuus on edelleen nousemassa pois COVID-19-pandemiasta, ja se on siirtynyt kestävyyden asettamiseen etusijalle, mikä edellyttää tuhlauksen ja resurssien (kuten energian, veden ja materiaalien) kulutuksen vähentämistä. Tämän seurauksena tuotannon on tehostettava ja älykkäämpää. .Mutta tämä vaatii tietoa. Mistä nämä tiedot ovat peräisin komposiittien osalta?
Kuten CW:n 2020 Composites 4.0 -artikkelisarjassa kuvataan, osien laadun ja tuotannon parantamiseen tarvittavien mittausten ja mittausten saavuttamiseen tarvittavien anturien määrittäminen on ensimmäinen askel älykkäässä valmistuksessa. Vuosina 2020 ja 2021 CW raportoi dielektrisistä antureista anturit, lämpövuoanturit, valokuituanturit ja kosketuksettomat anturit, jotka käyttävät ultraääni- ja sähkömagneettisia aaltoja projekteina, jotka osoittavat niiden kykyjä (katso CW:n online-anturisisältösarja). Tämä artikkeli perustuu tähän raporttiin keskustelemalla komposiittimateriaaleissa käytetyistä antureista, niiden luvatuista eduista ja haasteista sekä kehitteillä olevasta teknologisesta maisemasta.Erityisesti yrityksiä, jotka ovat nousemassa johtajiksi komposiittiteollisuudessa jo tutkivat ja navigoivat tätä tilaa.
Anturiverkko CosiMossa T-RTM:n kannen demonstraattorina käytetään 74 anturin verkkoa – joista 57 on Augsburgin yliopistossa kehitettyjä ultraääniantureita (oikealla, vaaleansiniset pisteet ylä- ja alapuoliskossa) CosiMo-projektin muovaus termoplastisille komposiittiakuille. Kuvaluotto: CosiMo-projekti, DLR ZLP Augsburg, Augsburgin yliopisto
Tavoite #1: Säästä rahaa. CW:n joulukuun 2021 blogi "Mukautetut ultraäänianturit komposiittiprosessien optimointiin ja ohjaukseen" kuvaa Augsburgin yliopistossa (UNA, Augsburg, Saksa) tehtyä työtä 74 anturin verkoston kehittämiseksi CosiMolle. projekti sähköajoneuvojen akun kannen esittelylaitteen valmistamiseksi (komposiittimateriaalit älykkäässä kuljetuksessa). Osa valmistetaan termoplastisen hartsin siirtomuovauksella (T-RTM), joka polymeroi kaprolaktaamimonomeerin in situ polyamidi 6 (PA6) -komposiitiksi. Markus Sause, UNA:n professori ja UNA:n tekoälyn (AI) tuotantoverkoston johtaja Augsburgissa, selittää, miksi anturit ovat niin tärkeitä: " Suurin tarjoamamme etu on visualisointi siitä, mitä mustan laatikon sisällä tapahtuu käsittelyn aikana. Tällä hetkellä useimmilla valmistajilla on rajalliset järjestelmät tämän saavuttamiseksi. Esimerkiksi he käyttävät hyvin yksinkertaisia tai erityisiä antureita käytettäessä hartsiinfuusiota suurten ilmailun osien valmistukseen. Jos infuusioprosessi menee pieleen, sinulla on periaatteessa iso romu. Mutta jos sinulla on ratkaisuratkaisuja ymmärtääksesi, mikä tuotantoprosessissa meni pieleen ja miksi, voit korjata sen ja korjata sen, mikä säästää paljon rahaa.
Termoparit ovat esimerkki "yksinkertaisesta tai erityisestä anturista", jota on käytetty vuosikymmeniä seuraamaan komposiittilaminaattien lämpötilaa autoklaavi- tai uunikovettamisen aikana. Niitä käytetään jopa säätämään lämpötilaa uuneissa tai lämmityspeitteissä komposiittikorjauslaastarien kovettamiseksi käyttämällä lämpösidosaineet. Hartsivalmistajat käyttävät laboratorioissa erilaisia antureita seuratakseen hartsin viskositeetin muutoksia ajan kuluessa ja lämpötilassa kovettuvien formulaatioiden kehittämiseksi. Mitä on kuitenkin tulossa, on anturiverkko, joka voi visualisoida ja ohjata valmistusprosessia in situ useiden parametrien (esim. lämpötila ja paine) ja materiaalin tilan (esim. viskositeetti, aggregaatio, kiteytys) perusteella.
Esimerkiksi CosiMo-projektia varten kehitetty ultraäänianturi käyttää samoja periaatteita kuin ultraäänitarkastus, josta on tullut valmiiden komposiittiosien ainetta rikkomattoman testauksen (NDI) tukipilari.Petros Karapapas, Meggittin (Loughborough, UK) pääinsinööri, "Tavoitteemme on minimoida tulevien komponenttien jälkitarkastukseen tarvittava aika ja työvoima, kun siirrymme kohti digitaalista valmistusta." Materials Center (NCC, Bristol, UK) teki yhteistyötä Solvay (Alpharetta, GA, USA) EP 2400 -renkaan valvonnan osoittamiseksi RTM:n aikana käyttämällä lineaarista dielektristä anturia, joka on kehitetty Cranfieldin yliopistossa (Cranfield, UK). Oksiresiinin virtaus ja kovettaminen 1,3 m pitkä, 0,8 m leveä ja 0,4 m syvä komposiittikuori kaupallisen lentokoneen moottorin lämmölle "Kun tarkastelimme, kuinka tehdä suurempia kokoonpanoja suuremmalla tuottavuudella, meillä ei ollut varaa tehdä kaikkia perinteisiä jälkikäsittelytarkastuksia ja testauksia jokaiselle osalle", Karapapas sanoi. "Tällä hetkellä valmistamme testipaneeleja nämä RTM-osat ja suorita sitten mekaaniset testit kovettumisjakson vahvistamiseksi. Mutta tämän anturin kanssa se ei ole välttämätöntä."
Collo Probe upotetaan maalin sekoitusastiaan (vihreä ympyrä ylhäällä) havaitsemaan, milloin sekoitus on valmis, mikä säästää aikaa ja energiaa.Kuvan luotto: ColloidTek Oy
"Tavoitteemme ei ole olla toinen laboratoriolaite, vaan keskittyä tuotantojärjestelmiin", sanoo ColloidTek Oy:n (Kolo, Tampere, Suomi) toimitusjohtaja ja perustaja Matti Järveläinen. CW:n tammikuun 2022 blogi "Fingerprint Liquids for Composites" tutkii Collon sähkömagneettisen kentän (EMF) antureiden, signaalinkäsittelyn ja data-analyysin yhdistelmä minkä tahansa nesteen, kuten monomeerien ja hartsien "sormenjäljen" mittaamiseksi tai liimat. ”Tarjoamme uutta teknologiaa, joka antaa suoraa palautetta reaaliajassa, jotta ymmärrät paremmin, miten prosessisi todella toimii, ja reagoit, kun asiat menevät pieleen”, Järveläinen sanoo. ”Anturimme muuntavat reaaliaikaisen tiedon ymmärrettäviä ja käyttökelpoisia fysikaalisia suureita, kuten reologista viskositeettia, jotka mahdollistavat prosessin optimoinnin. Voit esimerkiksi lyhentää sekoitusaikoja, koska näet selvästi, milloin sekoitus on valmis. Siksi voit lisätä tuottavuutta, säästää energiaa ja vähentää romua verrattuna vähemmän optimoituun käsittelyyn."
Tavoite 2: Lisää prosessitietoa ja visualisointia. Aggregoinnin kaltaisissa prosesseissa Järveläinen sanoo: ”Et näe paljon tietoa pelkästä tilannekuvasta. Otat vain näytteen ja menet laboratorioon ja katsot, miltä se oli minuutteja tai tunteja sitten. Se on kuin moottoritiellä ajamista, joka tunti Avaa silmäsi minuutiksi ja yritä ennustaa, mihin tie on menossa. Sause on samaa mieltä ja huomauttaa, että CosiMossa kehitetty anturiverkko "auttaa meitä saamaan täydellisen kuvan prosessista ja materiaalien käyttäytymisestä. Voimme nähdä paikallisia vaikutuksia prosessissa vastauksena osan paksuuden vaihteluihin tai integroituihin materiaaleihin, kuten vaahtomuoviydin. Yritämme tarjota tietoa siitä, mitä muotissa todella tapahtuu. Tämän avulla voimme määrittää erilaisia tietoja, kuten virtausrintaman muodon, kunkin osa-ajan saapumisen ja aggregaatioasteen jokaisessa anturin sijainnissa.
Collo tekee yhteistyötä epoksiliimojen, maalien ja jopa oluen valmistajien kanssa prosessiprofiilien luomiseksi jokaiselle tuotetulle erälle. Nyt jokainen valmistaja voi tarkastella prosessinsa dynamiikkaa ja asettaa optimoituja parametreja sekä hälytyksiä puuttua asiaan, kun erät eivät ole määritysten mukaisia. vakauttaa ja parantaa laatua.
Video virtausrintamasta CosiMo-osassa (ruiskutussisääntulo on valkoinen piste keskellä) ajan funktiona muotin sisäisen anturiverkon mittaustietoihin perustuen. Kuvan luotto: CosiMo-projekti, DLR ZLP Augsburg, University of the University Augsburg
"Haluan tietää, mitä tapahtuu osien valmistuksen aikana, enkä avaa laatikkoa ja katso mitä tapahtuu jälkeenpäin", Meggitt's Karapapas sanoo." Cranfieldin dielektristen antureiden avulla kehittämiemme tuotteiden ansiosta pystyimme näkemään prosessin in situ, ja pystyimme myös tarkistaaksesi hartsin kovettumisen." Kaikkia kuutta alla kuvattua anturityyppiä (ei tyhjentävä luettelo, vain pieni valikoima, myös toimittajat) voidaan valvoa kovettumista/polymerointia ja hartsin virtausta. Joissakin antureissa on lisäominaisuuksia, ja yhdistetyt anturityypit voivat laajentaa seuranta- ja visualisointimahdollisuuksia. komposiittimuovauksen aikana. Tämä osoitettiin CosiMossa, jossa Kistler (Winterthur, Sveitsi).
Tavoite #3: Lyhennä sykliaikaa. Collo-anturit voivat mitata kaksiosaisen nopeasti kovettuvan epoksin tasaisuutta, kun osat A ja B sekoitetaan ja ruiskutetaan RTM:n aikana ja jokaiseen kohtaan muotissa, johon tällaiset anturit sijoitetaan. Tämä voi auttaa mahdollistamaan nopeammin kovettuvia hartseja sovelluksiin, kuten Urban Air Mobility (UAM), mikä tarjoaisi nopeammat kovettumisjaksot verrattuna nykyisiin yksiosaisiin epoksiin, kuten RTM6.
Collo-anturit voivat myös valvoa ja visualisoida epoksin kaasunpoistoa, injektointia ja kovettumista sekä kunkin prosessin päättymistä. Viimeistelykovettumista ja muita prosesseja, jotka perustuvat käsiteltävän materiaalin todelliseen tilaan (verrattuna perinteisiin aika- ja lämpötilaresepteihin), kutsutaan materiaalitilan hallitukseksi. (MSM). Yritykset, kuten AvPro (Norman, Oklahoma, USA) ovat pyrkineet MSM:ään vuosikymmeniä seuratakseen muutoksia osien materiaaleissa ja prosesseissa, kun se pyrkii tiettyihin lasittumislämpötilan (Tg), viskositeetin, polymeroinnin ja/tai kiteytymisen tavoitteet. Esimerkiksi CosiMo:n anturiverkostoa ja digitaalista analyysiä käytettiin määrittämään vähimmäisaika, joka tarvitaan RTM-puristimen ja muotin lämmittämiseen, ja havaittiin, että 96 % maksimipolymeroinnista saavutettiin 4,5 minuutissa.
Dielektristen antureiden toimittajat, kuten Lambient Technologies (Cambridge, MA, USA), Netzsch (Selb, Saksa) ja Synthesites (Uccle, Belgia) ovat myös osoittaneet kykynsä lyhentää sykliaikoja.Synthesitesin T&K-projekti komposiittivalmistajien Hutchinsonin (Pariisi, Ranska) kanssa ) ja Bombardier Belfast (nyt Spirit AeroSystems (Belfast, Irlanti)) raportoivat, että reaaliaikaisissa hartsin kestävyyden ja lämpötilan mittauksissa Optimold-tiedonkeruuyksikön ja Optiview-ohjelmiston kautta muuntaa arvioidun viskositeetin ja Tg:n. "Valmistajat voivat nähdä Tg:n reaaliajassa, joten he voivat päättää, milloin kovetusjakso lopetetaan", selittää. Nikos Pantelelis, Synthesites-yksikön johtaja. ”Heidän ei tarvitse odottaa tarvittavaa pidemmän siirtosyklin suorittamista. Esimerkiksi RTM6:n perinteinen sykli on 2 tunnin täysi kovetus 180 °C:ssa. Olemme nähneet, että tämä voidaan lyhentää 70 minuuttiin joissakin geometrioissa. Tämä osoitettiin myös INNOTOOL 4.0 -projektissa (katso "RTM:n kiihdytys lämpövuoantureilla"), jossa lämpövuoanturin käyttö lyhensi RTM6:n kovettumisjaksoa 120 minuutista 90 minuuttiin.
Tavoite #4: Adaptiivisten prosessien suljetun silmukan ohjaus.CosiMo-projektin perimmäisenä tavoitteena on automatisoida suljetun silmukan ohjaus komposiittiosien tuotannon aikana. Tämä on myös CW:n vuonna raportoimien ZAero- ja iComposite 4.0 -projektien tavoite. 2020 (30-50 % kustannusten aleneminen). Huomaa, että näihin liittyy erilaisia prosesseja – prepreg-teipin (ZAero) automatisoitu sijoittelu ja kuituruihkeesimuotoilu korkeapaineeseen verrattuna T-RTM in CosiMo for RTM nopeasti kovettuvalla epoksilla (iComposite 4.0). Kaikissa näissä projekteissa käytetään digitaalisia malleja ja algoritmeja antureita simuloimaan prosessia ja ennustamaan valmiin osan lopputulosta.
Prosessin ohjaus voidaan ajatella sarjana vaiheita, Sause selitti. Ensimmäinen askel on integroida anturit ja prosessilaitteet, hän sanoi, "jotta visualisoidaan mitä mustassa laatikossa tapahtuu ja käytettävät parametrit. Muut muutamat vaiheet, ehkä puolet suljetun silmukan ohjauksesta, ovat pysäytyspainikkeen painaminen puuttuaksesi, virittääksesi prosessia ja estääksesi hylätyt osat. Viimeisenä askeleena voidaan kehittää digitaalinen kaksos, joka voidaan automatisoida, mutta vaatii myös investointeja koneoppimismenetelmiin. CosiMossa tämä investointi mahdollistaa sen, että anturit voivat syöttää dataa digitaaliseen kaksoiskappaleeseen. Edge-analyysiä (tuotantolinjan reunalla suoritettuja laskelmia verrattuna keskustietovaraston laskelmiin) käytetään sitten ennustamaan virtausrintaman dynamiikkaa, kuitutilavuuspitoisuutta tekstiiliaihiota kohti. ja mahdolliset kuivat paikat." Ihannetapauksessa voit määrittää asetukset, jotka mahdollistavat suljetun silmukan ohjauksen ja virityksen prosessissa", Sause sanoi. "Näihin kuuluvat parametrit, kuten ruiskutuspaine, muotin paine ja lämpötila. Voit myös käyttää näitä tietoja materiaalin optimointiin."
Näin tehdessään yritykset käyttävät antureita prosessien automatisoimiseen. Synthesites esimerkiksi työskentelee asiakkaidensa kanssa integroidakseen antureita laitteisiin, jotka sulkevat hartsin sisääntulon, kun infuusio on suoritettu, tai käynnistää lämpöpuristimen, kun tavoitekovettuminen on saavutettu.
Järveläinen toteaa, että jokaiseen käyttötapaukseen parhaiten soveltuvan anturin määrittämiseksi "täytyy ymmärtää, mitä muutoksia materiaalissa ja prosessissa haluat seurata, ja sitten on oltava analysaattori." Analysaattori kerää kyselylaitteen tai tiedonkeruuyksikön keräämät tiedot. raakadataa ja muuntaa ne valmistajan käyttökelpoiseksi tiedoksi.” Itse asiassa näet, että monet yritykset integroivat antureita, mutta sitten ne eivät tee tiedoilla mitään”, Sause sanoi. Hän selitti, että tarvitaan ”järjestelmä. tiedonkeruusta sekä tiedontallennusarkkitehtuuria, jotta dataa voidaan käsitellä."
”Loppukäyttäjät eivät halua nähdä vain raakadataa”, Järveläinen sanoo.” He haluavat tietää: ”Onko prosessi optimoitu?” Milloin voidaan ottaa seuraava askel?” Tätä varten sinun on yhdistettävä useita antureita analysointia varten ja käytä sitten koneoppimista prosessin nopeuttamiseksi." Tämä Collon ja CosiMo-tiimin käyttämä reuna-analyysi- ja koneoppimislähestymistapa voidaan saavuttaa viskositeettikartoilla, hartsin virtausrintaman numeerisilla malleilla ja kyky viime kädessä hallita prosessiparametreja ja koneita visualisoidaan.
Optimold on analysaattori, jonka Synthesites on kehittänyt dielektrisille antureilleen. Synthesitesin Optiview-ohjelmiston ohjaama Optimold-yksikkö käyttää lämpötilan ja hartsin vastuksen mittauksia laskeakseen ja näyttääkseen reaaliaikaisia kaavioita hartsin tilan seuraamiseksi, mukaan lukien sekoitussuhde, kemiallinen vanheneminen, viskositeetti, Tg ja kovettumisaste. Sitä voidaan käyttää prepreg- ja nesteenmuodostusprosesseissa. Virtauksen valvontaan käytetään erillistä Optiflow-yksikköä. Synthesites on kehitti myös kovettumissimulaattorin, joka ei vaadi kovettumisanturia muottiin tai osaan, vaan käyttää lämpötila-anturia ja hartsi/prepreg-näytteitä tässä analysaattoriyksikössä. "Käytämme tätä huippuluokan menetelmää infuusio- ja liimakovettuminen tuuliturbiinien siipien tuotantoon”, sanoi Nikos Pantelelis, Synthesitesin johtaja.
Synthesites-prosessinohjausjärjestelmät integroivat antureita, Optiflow- ja/tai Optimold-tiedonkeruuyksiköitä sekä OptiView- ja/tai Online Resin Status (ORS) -ohjelmiston. Kuvan hyvitys: Synthesites, editoi The CW
Siksi useimmat anturitoimittajat ovat kehittäneet omia analysaattoreita, joista osa käyttää koneoppimista ja osa ei. Mutta komposiittivalmistajat voivat myös kehittää omia mukautettuja järjestelmiään tai ostaa valmiita instrumentteja ja muokata niitä vastaamaan erityistarpeita. Analysaattorin ominaisuudet ovat kuitenkin vain yksi tekijä on otettava huomioon. On monia muita.
Kosketus on myös tärkeä näkökohta valittaessa käytettävää anturia. Anturin on ehkä oltava kosketuksessa materiaaliin, kyselylaitteeseen tai molempiin. Esimerkiksi lämpövuo- ja ultraäänianturit voidaan työntää RTM-muottiin 1-20 mm:n etäisyydeltä. pinta – tarkka valvonta ei vaadi kosketusta muotissa olevan materiaalin kanssa.Ultraäänianturit voivat myös kysellä osia eri syvyyksillä käytetystä taajuudesta riippuen.Collon sähkömagneettiset anturit voivat lukea myös nesteiden syvyyden tai osia – 2-10 cm, riippuen kyselyn tiheydestä – ja ei-metallisten astioiden tai hartsin kanssa kosketuksissa olevien työkalujen kautta.
Magneettiset mikrolangat (katso "Kosketukseton lämpötilan ja paineen valvonta komposiittien sisällä") ovat kuitenkin tällä hetkellä ainoita antureita, jotka pystyvät kyselemään komposiitteja 10 cm:n etäisyydeltä. Tämä johtuu siitä, että se käyttää sähkömagneettista induktiota herättämään anturin vasteen, mikä on upotettu komposiittimateriaaliin. AvPron ThermoPulse-mikrolanka-anturi, joka on upotettu liimakerrokseen, on tutkitaan 25 mm paksun hiilikuitulaminaatin läpi lämpötilan mittaamiseksi liimausprosessin aikana.Koska mikrolankojen karvainen halkaisija on 3-70 mikronia, ne eivät vaikuta komposiitin tai sidoslinjan suorituskykyyn.Hieman suuremmilla halkaisijoilla, 100-200 mikronia, valokuitu antureita voidaan myös upottaa rakenteellisia ominaisuuksia heikentämättä. Koska kuituoptisissa antureissa on kuitenkin oltava langallinen liitäntä, koska ne käyttävät mittaamiseen valoa Vastaavasti, koska dielektriset anturit käyttävät jännitettä hartsin ominaisuuksien mittaamiseen, ne on myös kytkettävä kyselylaitteeseen, ja useimpien on myös oltava kosketuksissa valvomaansa hartsiin.
Collo Probe (yläosa) -anturi voidaan upottaa nesteisiin, kun taas Collo Plate (alhaalla) asennetaan astian/sekoitusastian tai prosessiputkiston/syöttölinjan seinään.Kuvan luotto: ColloidTek Oy
Anturin lämpötilakelpoisuus on toinen tärkeä näkökohta. Esimerkiksi useimmat valmiit ultraäänianturit toimivat tyypillisesti jopa 150 °C:n lämpötiloissa, mutta CosiMo:n osia on muodostettava yli 200 °C:n lämpötiloissa. Siksi UNA piti suunnitella ultraäänianturi, jolla on tämä ominaisuus.Lambientin kertakäyttöisiä dielektrisiä antureita voidaan käyttää jopa 350 °C:n osien pinnoilla ja sen uudelleenkäytettäviä muotin sisäisiä antureita voidaan käyttää 250 °C:seen asti. RVmagnetics (Kosice, Slovakia) on kehittänyt mikrolanka-anturin komposiittimateriaaleille, jotka kestävät kovettumisen 500 °C:ssa. Vaikka Collo-anturitekniikalla itsessään ei ole teoreettista lämpötilarajaa, Collo Platen karkaistu lasisuoja ja uusi polyeetterieetteriketoni (PEEK) -kotelo Collo Probelle on testattu jatkuvan käytön kannalta Järveläisen mukaan 150°C. Samaan aikaan PhotonFirst (Alkmaar, Alankomaat) käytti polyimidipinnoitetta 350°C:n käyttölämpötilan saavuttamiseksi valokuituanturin SuCoHS-projektissa kestävän ja kustannustehokkaan korkean lämpötilan aikaansaamiseksi. komposiitti.
Toinen huomioitava tekijä erityisesti asennuksessa on se, mittaako anturi yhdestä pisteestä vai onko se lineaarinen anturi, jossa on useita tunnistuspisteitä. Esimerkiksi Com&Sensin (Eke, Belgia) valokuituanturit voivat olla jopa 100 metriä pitkiä, ja niissä on enemmän ominaisuuksia. 40 kuitu-Bragg-hilan (FBG) tunnistuspisteeseen vähintään 1 cm:n etäisyydellä. Näitä antureita on käytetty 66 metrin pituisen komposiitin rakenteelliseen terveydentilaan (SHM) sillat ja hartsivirtauksen valvonta suurten siltakansien infuusion aikana.Yksittäisten pisteantureiden asentaminen tällaiseen projektiin vaatisi suuren määrän antureita ja paljon asennusaikaa.NCC ja Cranfield University väittävät samanlaisia etuja lineaarisilla dielektrisillä antureillaan.Yksittäiseen verrattuna -Lambientin, Netzschin ja Synthesitesin tarjoamat pistedielektriset anturit, ”Lineaarisensorillamme voimme seurata hartsin virtausta jatkuvasti koko pituudella, mikä merkittävästi vähentää osassa tai työkalussa tarvittavien antureiden määrää."
AFP NLR kuituoptisille antureille Coriolis AFP -pään 8. kanavaan on integroitu erikoisyksikkö, joka sijoittaa neljä kuituoptista anturiryhmää korkean lämpötilan hiilikuituvahvisteiseen komposiittitestipaneeliin. Kuvan luotto: SuCoHS Project, NLR
Lineaariset anturit auttavat myös automatisoimaan asennuksia. SuCoHS-projektissa Royal NLR (Dutch Aerospace Centre, Marknesse) kehitti Coriolis Compositesin (Queven, Ranska) 8. kanavan Automated Fibre Placement (AFP) -päähän integroidun erikoisyksikön neljän järjestelmän upottamiseksi ( erilliset valokuitulinjat), joista jokaisessa on 5-6 FBG-anturia (PhotonFirst tarjoaa yhteensä 23 anturit), hiilikuitutestipaneeleissa. RVmagnetics on sijoittanut mikrolanka-anturit pultrudoituun GFRP-raudoituspalkkiin." Johdot ovat epäjatkuvia [1-4 cm pitkiä useimmille komposiittimikrolangoille], mutta sijoitetaan automaattisesti jatkuvasti, kun raudoitustanko valmistetaan", sanoi Ratislav Varga, yksi RVmagneticsin perustajista. "Sinulla on mikrojohto 1 km:n mikrojohdolla. hehkulangan keloja ja syötä se raudoitustangon tuotantolaitokseen muuttamatta raudan valmistustapaa." Samaan aikaan Com&Sens työskentelee automatisoidun tekniikan parissa kuituoptisten antureiden upottamiseksi paineastioiden käämitysprosessin aikana.
Hiilikuitu voi johtaa sähköä johtamiskykynsä vuoksi ongelmia dielektristen antureiden kanssa. Dielektrisissä antureissa käytetään kahta elektrodia, jotka on sijoitettu lähelle toisiaan. Jos kuidut muodostavat silloituksen elektrodien välillä, ne oikosulkevat anturin, Lambientin perustaja Huan Lee selittää. Käytä tässä tapauksessa suodatinta." Suodatin päästää hartsin läpäisemään anturit, mutta eristää ne hiilikuidusta." Cranfieldin yliopiston ja NCC:n kehittämä lineaarinen dielektrinen anturi käyttää erilaista lähestymistapaa, joka sisältää kaksi kierrettyä paria kuparijohtoja. Kun jännite kytketään, syntyy johtojen väliin sähkömagneettinen kenttä, jota käytetään hartsiimpedanssin mittaamiseen. Johdot on pinnoitettu. eristävällä polymeerillä, joka ei vaikuta sähkökenttään, mutta estää hiilikuidun oikosulun.
Tietenkin kustannukset ovat myös ongelma. Com&Sensin mukaan keskimääräiset kustannukset FBG-anturipistettä kohti ovat 50-125 euroa, mikä voi laskea noin 25-35 euroon, jos sitä käytetään erissä (esim. 100 000 paineastialle).(Tämä on vain murto-osa komposiittipaineastioiden nykyisestä ja ennustetusta tuotantokapasiteetista, katso CW:n vuoden 2021 artikkeli vedystä.) Meggitt's Karapapas kertoo saaneensa tarjouksia FBG-antureilla varustetuista valokuitulinjoista keskimäärin 250 puntaa/anturi (≈300€/anturi), kyselylaitteen arvo on noin 10 000 puntaa (12 000 euroa).”Testastamamme lineaarinen dielektrinen anturi oli enemmän kuin päällystetty lanka, jonka voit ostaa hyllyltä”, hän lisäsi. ”Käytämme kuulustelija”, lisää lukija Alex Skordos. (vanhempi tutkija) Composites Process Science -alalla Cranfieldin yliopistossa, "on impedanssianalysaattori, joka on erittäin tarkka ja maksaa vähintään 30 000 puntaa [≈ 36 000 €], mutta NCC käyttää paljon yksinkertaisempaa kyselylaitetta, joka koostuu pohjimmiltaan off-the- hyllymoduulit kaupalliselta yhtiöltä Advise Deta [Bedford, UK]." Synthesites noteeraa 1 190 euroa muotin sisäisistä antureista ja 20 euroa kertakäyttöisistä/osa-antureista Euroissa Optiflow on 3 900 euroa ja Optimold 7 200 euroa, ja useiden analysaattorien alennukset kasvavat. Nämä hinnat sisältävät Optiview-ohjelmiston ja kaikki tarvittava tuki, Pantelelis sanoi ja lisäsi, että tuulilapavalmistajat säästävät 1,5 tuntia sykliä kohden, lisää teriä riviä kohti kuukaudessa ja vähentää energiankäyttöä 20 prosenttia, ja sijoitetun pääoman tuotto on vain neljä kuukautta.
Anturit saavat etua, kun komposiittien 4.0 digitaalinen valmistus kehittyy. Esimerkiksi Grégoire Beauduin, Com&Sensin liiketoimintakehitysjohtaja sanoo: "Kun paineastioiden valmistajat yrittävät vähentää painoa, materiaalin käyttöä ja kustannuksia, he voivat käyttää antureitamme perustelemaan niiden suunnittelua ja tuotantoa, kun ne saavuttavat vaaditut tasot vuoteen 2030 mennessä. Samat anturit käytettiin arvioimaan jännitystasoja kerrosten sisällä filamentin käämityksen ja kovettuminen voi myös valvoa säiliön eheyttä tuhansien tankkausjaksojen aikana, ennustaa tarvittavan huollon ja sertifioida uudelleen suunnittelun käyttöiän lopussa. Voimme Jokaista valmistettavaa komposiittipaineastiaa varten tarjotaan digitaalinen kaksoistietopooli, ja ratkaisua kehitetään myös satelliitteihin.
Digitaalisten kaksosten ja säikeiden mahdollistaminen Com&Sens tekee yhteistyötä komposiittivalmistajan kanssa valokuituanturien avulla mahdollistaakseen digitaalisen tiedonkulun suunnittelun, tuotannon ja palvelun kautta (oikealla) ja tukeakseen digitaalisia henkilökortteja, jotka tukevat jokaisen valmistetun osan (vasemmalla) digitaalista kaksoiskappaletta. Kuvan luotto: Com&Sens ja Kuva 1, "Engineering with Digital Threads", V. Singh, K. Wilcox.
Siten anturidata tukee digitaalista kaksoisosaa sekä digitaalista säiettä, joka kattaa suunnittelun, tuotannon, palvelutoiminnan ja vanhenemisen. Tekoälyn ja koneoppimisen avulla analysoituna tämä data palaa suunnitteluun ja käsittelyyn, mikä parantaa suorituskykyä ja kestävyyttä. on myös muuttanut toimitusketjujen yhteistoimintaa. Esimerkiksi liimavalmistaja Kiilto (Tampere) käyttää Collo-antureita auttaakseen asiakkaitaan hallitsemaan komponenttien A, B jne. välistä suhdetta. monikomponenttiliimasekoituslaitteissaan.” Kiilto voi nyt säätää liimojen koostumusta yksittäisille asiakkaille”, Järveläinen sanoo, ”mutta sen avulla Kiilto ymmärtää myös hartsien vuorovaikutuksen asiakkaiden prosesseissa ja asiakkaiden vuorovaikutuksessa tuotteidensa kanssa. , mikä muuttaa toimitustapoja. Ketjut voivat toimia yhdessä."
OPTO-Light käyttää Kistler-, Netzsch- ja Synthesites-antureita termoplastisten päällemuovattujen CFRP-epoksiosien kovettumisen seuraamiseen.Kuvan luotto: AZL
Anturit tukevat myös innovatiivisia uusia materiaali- ja prosessiyhdistelmiä. Kuvattu CW:n vuoden 2019 artikkelissa OPTO-Light-projektista (katso "Thermoplastic Overmolding Thermosets, 2-Minute Cycle, One Battery"), AZL Aachen (Aachen, Saksa) käyttää kaksivaiheista menetelmää. prosessi puristaa vaakasuoraan yksi To (UD) hiilikuitu/epoksiprepreg, jonka jälkeen valettu päälle 30 % lyhyt lasikuituvahvistettu PA6.Tärkeintä on kovettaa prepreg vain osittain, jotta epoksin jäljellä oleva reaktiivisuus voi mahdollistaa sitoutumisen kestomuoviin.AZL käyttää Optimold- ja Netzsch DEA288 Epsilon-analysaattoreita Synthesites- ja Netzsch-dielektrisillä antureilla ja Kistler-in- muottianturit ja DataFlow-ohjelmisto ruiskupuristuksen optimoimiseksi.” Sinulla on oltava syvä ymmärrys prepregistä puristusmuovausprosessi, koska sinun on varmistettava, että ymmärrät kovettumistilan, jotta voit saavuttaa hyvän yhteyden kestomuoviin”, selittää AZL:n tutkimusinsinööri Richard Schares. "Tulevaisuudessa prosessi voi olla mukautuva Ja älykäs prosessin kierto käynnistyy anturisignaaleista."
On kuitenkin olemassa perustavanlaatuinen ongelma, sanoo Järveläinen, ja se on asiakkaiden ymmärryksen puute siitä, miten nämä erilaiset anturit integroidaan prosesseihinsa. Useimmilla yrityksillä ei ole anturiasiantuntijoita." Tällä hetkellä tie eteenpäin vaatii anturivalmistajia ja asiakkaita vaihtamaan tietoja edestakaisin.Organisaatiot, kuten AZL, DLR (Augsburg, Saksa) ja NCC kehittävät monianturiosaamista.Sause sanoi, että UNA:ssa on ryhmiä sekä spin-off-yrityksiä. yrityksiä, jotka tarjoavat anturiintegraatiota ja digitaalisia kaksoispalveluita.Hän lisäsi, että Augsburgin tekoälyn tuotantoverkosto on vuokrannut tätä tarkoitusta varten 7 000 neliömetrin tilan, ”laajentuen CosiMon kehityssuunnitelma erittäin laajalle alueelle, mukaan lukien linkitetyt automaatiosolut, joihin teollisuuskumppanit voivat sijoittaa koneita, suorittaa projekteja ja oppia integroimaan uusia tekoälyratkaisuja.
Carapappas sanoi, että Meggittin dielektristen antureiden esittely NCC:ssä oli vasta ensimmäinen askel siinä. ”Lopulta haluan seurata prosessejani ja työnkulkujani ja syöttää ne ERP-järjestelmäämme, jotta tiedän etukäteen, mitkä komponentit valmistetaan, mitkä ihmiset tarve ja mitä materiaaleja tilata. Digitaalinen automaatio kehittyy.”
Tervetuloa online-SourceBookiin, joka vastaa CompositesWorldin SourceBook Composites Industry Buyer's Guide -oppaan vuosittaista painettua painosta.
Spirit AeroSystems toteuttaa Airbus Smart Designin A350 Centerin runkoon ja etuosaan Kingstonissa, NC
Postitusaika: 20.5.2022
