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) vs. kolloioninen viskositeetti (CIV), hartsin vastus ajan funktiona (Synthesites) ja digitaalinen malli kaprolaktaami-implantoiduista 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, joissa käytetään ultraääni- ja sähkömagneettisia aaltoja – sekä projektit, jotka osoittavat niiden ominaisuudet (katso CW:n online-antureiden sisältösarja). Tämä artikkeli perustuu tähän raporttiin keskustelemalla komposiitissa käytetyistä antureista materiaalit, niiden luvatut edut ja haasteet sekä kehitteillä oleva teknologinen maisema.Erityisesti komposiittiteollisuuden johtajiksi nousevat yritykset tutkivat ja navigoivat jo tässä tilassa.
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 demonstraattorin valmistamiseksi (komposiittimateriaalit älykkäässä kuljetuksessa). Osa valmistetaan termoplastisen hartsin siirtomuovauksella (T-RTM), joka polymeroi kaprolaktaamimonomeerin in situ polyamidi 6 (PA6) -komposiitiksi. Markus Sause, professori UNA:ssa ja UNA:n tekoälyn (AI) tuotantoverkoston päällikkö Augsburgissa, selittää, miksi anturit ovat niin tärkeitä: ”Suurin tarjoamamme etu on visualisoida, 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 laboratoriossa erilaisia antureita hartsin viskositeetin ajan ja lämpötilan muutosten seuraamiseen kovettumisvalmisteiden kehittämiseksi. Nyt on kuitenkin tulossa anturiverkosto, joka voi visualisoida ja ohjata valmistusprosessia in situ perustuen useita parametreja (esim. lämpötila ja paine) ja materiaalin tila (esim. viskositeetti, aggregaatio, kiteytys).
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 kaupalliseen lentokoneen moottorin lämmönvaihtimeen. ”Kun tarkastelimme, kuinka tehdä suurempia kokoonpanoja suuremmalla tuottavuudella, meillä ei ollut varaa tehdä kaikkia perinteisiä jälkikäsittelytarkastuksia ja jokaisen osan testaus", Karapapas sanoi. 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, hartsien tai liimojen "sormenjälkien" mittaamiseksi. "Tarjoamme on uusi tekniikka, joka antaa suoraa palautetta reaaliajassa, joten voit ymmärtää paremmin prosessisi todellista toimintaa ja reagoida, kun asiat menevät pieleen”, Järveläinen sanoo. ”Anturimme muuntavat reaaliaikaiset tiedot ymmärrettäviksi ja käyttökelpoisiksi fyysisiksi suureiksi, kuten reologiseksi viskositeetiksi, mikä mahdollistaa 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 CosiMo:n aikana, jossa Kistler (Winterthur, Sveitsi) käytti ultraääni-, dielektrisiä ja pietsoresistiivisiä in-mode-antureita lämpötilan ja paineen mittauksiin.
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, sillä se pyrkii erityisiin tavoitteisiin lasittumislämpötilan (Tg), viskositeetin, polymeroinnin ja/tai kiteytys. Esimerkiksi anturiverkostoa ja digitaalista analyysiä CosiMossa 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 (nykyisin Spirit AeroSystems (Belfast, Irlanti)) raportoivat, että reaaliaikaisiin hartsin vastuksen ja lämpötilan mittauksiin perustuen Optimold-tiedonkeruuyksikön ja Optiview-ohjelmiston avulla muunnetaan arvioituksi viskositeetiksi ja Tg:ksi. "Valmistajat voivat nähdä Tg:n reaaliajassa, jotta he voivat päättää, milloin kovettuminen keskeytetään", selittää Nikos Pantelelis, Synthesitesin johtaja. "Heidän ei tarvitse odottaa tarvittavaa pidemmän siirtojakson 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 sijoittaminen ja kuituruiskun esimuotoilu verrattuna korkeapaineiseen T-RTM:ään CosiMo for RTM:ssä nopeasti kovettuvalla epoksilla (iComposite 4.0). Näistä projekteista käytetään antureita digitaalisten mallien ja algoritmien kanssa 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. Voidaan käyttää prepreg- ja nestemuovausprosesseissa. Virtauksen valvontaan käytetään erillistä yksikköä Optiflow.Synthesites on myös kehittänyt kovettumissimulaattorin, joka ei vaadi kovettumisanturia muottiin tai osaan, vaan käyttää sen sijaan lämpötila-anturi ja hartsi/prepreg-näytteet tässä analysaattoriyksikössä. "Käytämme tätä uusinta menetelmää infuusio- ja liimakovettumiseen tuuliturbiinien siipien tuotannossa", 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.Collo-sähkömagneettiset anturit voivat lukea myös nesteiden tai osien syvyyden – 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 tarttuvaan sidoskerrokseen, on tutkittu 25 mm paksun hiilikuitulaminaatin läpi lämpötilan mittaamiseksi liimausprosessin aikana. Koska mikrolankojen karvainen halkaisija on 3-70 mikronia, ne eivät vaikuta komposiitti- tai sidoslinjan suorituskykyyn.Hieman suurempiin, 100-200 mikronin halkaisijoihin, kuituoptisia antureita voidaan myös upottaa rakenteellisia ominaisuuksia heikentämättä. Koska kuituoptisissa antureissa käytetään kuitenkin valoa mittaamiseen, niissä on oltava langallinen liitäntä Vastaavasti, koska dielektriset anturit käyttävät jännitettä hartsin ominaisuuksien mittaamiseen, ne on myös kytkettävä kyselylaitteeseen, ja useimpien on myös oltava kosketuksessa 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 tällä ominaisuudella.Lambientin kertakäyttöisiä dielektrisiä antureita voidaan käyttää osien pinnoilla 350 °C:seen asti ja sen uudelleenkäytettäviä muotin sisäisiä antureita voidaan käyttää jopa 250 °C:seen asti. RVmagnetics (Kosice, Slovakia) on kehittänyt sen mikrolanka-anturi komposiittimateriaaleille, jotka kestävät kovettumista 500 °C:ssa. Vaikka Collo-anturitekniikalla itsessään ei ole teoreettista lämpötilarajaa, Collo Plate -levyn karkaistu lasisuoja ja uusi polyeetterieetteriketoni (PEEK) -kotelo Collo Probelle on testattu. Järveläisen mukaan jatkuvaan käyttöön 150 °C:ssa. Samaan aikaan PhotonFirst (Alkmaar, Alankomaat) käytti polyimidipinnoitetta 350 °C:n käyttölämpötilan saavuttamiseksi SuCoHS-projektissa käytettävälle kuituoptiselle anturille kestävän ja kustannustehokkaan tehokas korkean lämpötilan 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, joiden vähimmäisetäisyys on 1 cm.Näitä antureita on käytetty 66 metriä pitkien komposiittisiltojen rakenteellisen kunnon monitoroimiseen (SHM) ja hartsivirtauksen valvontaan suurten siltakansien infuusion aikana. yksittäiset pisteanturit tällaiseen projektiin vaativat suuren määrän antureita ja paljon asennusaikaa. NCC ja Cranfield University väittävät samankaltaisia etuja lineaarisilla dielektrisillä antureillaan. Verrattuna Lambientin, Netzschin ja Synthesitesin tarjoamiin yksipisteisiin dielektrisiin antureihin, " Lineaarisella anturillamme pystymme tarkkailemaan hartsin virtausta jatkuvasti pitkin pituutta, mikä vähentää merkittävästi 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), joissa kussakin on 5–6 FBG-anturia (PhotonFirst tarjoaa yhteensä 23 anturia), hiilikuitutestipaneeleissa. RVmagnetics on sijoittanut mikrolanka-anturit pultrudoituun GFRP-raudoituspalkkiin.” Johdot ovat epäjatkuvia [1-4 cm pitkät useimmille komposiittimikrolangoille], mutta ne asetetaan automaattisesti jatkuvasti, kun raudoitustankoa valmistetaan”, sanoi Ratislav Varga, RVmagneticsin toinen perustaja. "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 2021 vedystä käsittelevä artikkeli.) Meggitt's Karapapas kertoo saaneensa tarjouksia FBG-antureilla varustetuista valokuitulinjoista keskimäärin 250 puntaa/anturi (≈300€/anturi), kuulustelija on arvoltaan noin 10 000 puntaa (12 000 euroa)."Testaamamme lineaarinen dielektrinen anturi oli enemmän kuin päällystetty lanka, jonka voit ostaa hyllyltä", hän lisäsi. 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 periaatteessa valmiista hyllystä kaupallisen Advise Detan [Bedford, UK] moduuleja." 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 tarvittavaa tukea, Pantelelis sanoi ja lisäsi, että tuulilapavalmistajat säästävät 1,5 tuntia sykliä kohden, lisäävät siipiä linjaa kohden kuukaudessa ja vähentävät energian käyttöä 20 prosentilla, ja sijoitetun pääoman tuotto on vain neljällä kuukaudella.
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 vaaditun tason vuoteen 2030 mennessä. Samat anturit, joita käytetään kerrosten jännitystasojen arvioimiseen filamentin käämityksen ja kovettamisen aikana, voivat myös seurata säiliön eheyttä tuhansien tankkausjaksojen aikana, ennustaa tarvittavan huollon ja sertifioida uudelleen suunnittelun lopussa elämää. 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. suhdetta monikomponenttiliimasekoituslaitteissaan.” Kiilto voi nyt säätää liimojensa 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 30 % lyhyt lasikuituvahvisteisella PA6:lla. Tärkeintä on kovettaa prepreg vain osittain, jotta epoksin jäljellä oleva reaktiivisuus voi mahdollistaa sitoutumisen kestomuoviin .AZL käyttää Optimold- ja Netzsch DEA288 Epsilon-analysaattoreita, joissa on Synthesites- ja Netzsch-dielektrisiä antureita sekä Kistler-muotinsisäisiä antureita ja DataFlow-ohjelmistoa ruiskupuristuksen optimointiin. Ymmärrä kovettumistila saavuttaaksesi hyvän yhteyden kestomuoviin”, selittää AZL:n tutkimusinsinööri Richard Schares. "Tulevaisuudessa prosessi voi olla mukautuva Ja älykäs prosessin kierto käynnistyy anturisignaalien avulla."
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, "laajentaen CosiMon kehityssuunnitelmaa erittäin laajaksi, mukaan lukien linkitetyt automaatiosolut, joissa teolliset kumppanit voi sijoittaa koneita, ajaa 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
