De Italiaanse OEM en Tier 1-leverancier Leonardo werkte samen met de R&D-afdeling van CETMA om nieuwe composietmaterialen, machines en processen te ontwikkelen, waaronder inductielassen voor consolidatie ter plaatse van thermoplastische composieten.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, een leider in de productie van composietmaterialen, produceert romplopen uit één stuk voor de Boeing 787. Het werkt samen met CETMA om nieuwe technologieën te ontwikkelen, waaronder continu compressiegieten (CCM) en SQRTM (onder).Productie Technologie.Bron |Leonardo en CETMA
Deze blog is gebaseerd op mijn interview met Stefano Corvaglia, materiaalingenieur, R&D-directeur en manager intellectueel eigendom van Leonardo's vliegtuigstructuurafdeling (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, productiefaciliteiten van Nola, Zuid-Italië), en een interview met Dr. Silvio Pappadà, onderzoek ingenieur en hoofd.Samenwerkingsproject tussen CETMA (Brindisi, Italië) en Leonardo.
Leonardo (Rome, Italië) is een van de grootste spelers ter wereld op het gebied van lucht- en ruimtevaart, defensie en veiligheid, met een omzet van 13,8 miljard euro en ruim 40.000 medewerkers wereldwijd.Het bedrijf biedt uitgebreide oplossingen voor lucht, land, zee, ruimte, netwerk en beveiliging, en onbemande systemen wereldwijd.Leonardo's R&D-investering bedraagt ongeveer 1,5 miljard euro (11% van de omzet van 2019), waarmee het op de tweede plaats staat in Europa en op de vierde plaats in de wereld wat betreft onderzoeksinvesteringen op het gebied van lucht- en ruimtevaart en defensie.
Leonardo Aerostructuren produceert composiet romplopen uit één stuk voor de delen 44 en 46 van de Boeing 787 Dreamliner.Bron |Leonardo
Leonardo levert via zijn afdeling luchtvaartstructuur de belangrijkste programma's voor burgerluchtvaartuigen ter wereld met de vervaardiging en assemblage van grote structurele componenten van composiet en traditionele materialen, waaronder de romp en de staart.
Leonardo Aerostructures produceert composiet horizontale stabilisatoren voor de Boeing 787 Dreamliner.Bron |Leonardo
Op het gebied van composietmaterialen produceert Leonardo's Aerospace Structure Division "lopen uit één stuk" voor de centrale rompsecties 44 en 46 van de Boeing 787 in de Grottaglie-fabriek en de horizontale stabilisatoren in de Foggia-fabriek, goed voor ongeveer 14% van de 787-romp.%.De productie van andere composietstructuurproducten omvat de productie en assemblage van de achtervleugel van de commerciële vliegtuigen ATR en Airbus A220 in de Foggia-fabriek.Foggia produceert ook composietonderdelen voor de Boeing 767 en militaire programma's, waaronder de Joint Strike Fighter F-35, de Eurofighter Typhoon-jager, het militaire transportvliegtuig C-27J en de Falco Xplorer, het nieuwste lid van de door Falco geproduceerde onbemande vliegtuigfamilie. door Leonardo.
“Samen met CETMA ondernemen we veel activiteiten, zoals op het gebied van thermoplastische composieten en resin transfer moulding (RTM)”, aldus Corvaglia.“Ons doel is om R&D-activiteiten in de kortst mogelijke tijd gereed te maken voor productie.Op onze afdeling (R&D en IP-beheer) zoeken we ook naar disruptieve technologieën met een lager TRL (technisch gereedheidsniveau, dat wil zeggen: de lagere TRL is in opkomst en verder verwijderd van productie), maar we hopen competitiever te zijn en hulp te bieden aan klanten over de hele wereld. wereld."
Pappadà voegde toe: “Sinds onze gezamenlijke inspanningen hebben we hard gewerkt om de kosten en de impact op het milieu te verminderen.We hebben ontdekt dat thermoplastische composieten (TPC) zijn gereduceerd in vergelijking met thermohardende materialen.”
Corvaglia legt uit: “We hebben deze technologieën samen met het team van Silvio ontwikkeld en een aantal geautomatiseerde batterijprototypes gebouwd om ze in de productie te evalueren.”
“CCM is een geweldig voorbeeld van onze gezamenlijke inspanningen”, aldus Pappadà.“Leonardo heeft bepaalde componenten geïdentificeerd die gemaakt zijn van thermohardende composietmaterialen.Samen hebben we de technologie onderzocht om deze componenten in TPC aan te bieden, waarbij we ons concentreerden op de plaatsen waar zich een groot aantal onderdelen in het vliegtuig bevinden, zoals verbindingsstructuren en eenvoudige geometrische vormen.Staanders.”
Onderdelen vervaardigd met behulp van CETMA's productielijn voor continu persgieten.Bron |“CETMA: Italiaanse R&D-innovatie op het gebied van composietmaterialen”
Hij vervolgde: “We hebben een nieuwe productietechnologie nodig met lage kosten en hoge productiviteit.”Hij wees erop dat er in het verleden bij de vervaardiging van één enkel TPC-onderdeel een grote hoeveelheid afval ontstond.“Dus hebben we een gaasvorm geproduceerd op basis van niet-isotherme compressiegiettechnologie, maar we hebben een aantal innovaties doorgevoerd (patent aangevraagd) om afval te verminderen.Hiervoor hebben wij een volautomatische unit ontworpen, die vervolgens door een Italiaans bedrijf voor ons is gebouwd.“
Volgens Pappadà kan de eenheid componenten produceren die zijn ontworpen door Leonardo, “elke 5 minuten één component, 24 uur per dag werkend.”Zijn team moest toen echter uitzoeken hoe ze de preforms moesten produceren.Hij legt uit: “In het begin hadden we een vlak lamineerproces nodig, omdat dit destijds het knelpunt was.”“Ons proces begon dus met een blanco (vlak laminaat) en verwarmde het vervolgens in een infrarood (IR) oven., En dan in de pers gedaan om te vormen.Vlaklaminaat wordt meestal geproduceerd met behulp van grote persen, die een cyclustijd van 4-5 uur vereisen.We besloten een nieuwe methode te bestuderen waarmee vlakke laminaten sneller kunnen worden geproduceerd.Daarom hebben we in Leonardo, met de steun van ingenieurs, een hoogproductieve CCM-productielijn ontwikkeld in CETMA.We hebben de cyclustijd van onderdelen van 1 meter bij 1 meter teruggebracht tot 15 minuten.Belangrijk is dat dit een continu proces is, waardoor we een onbeperkte lengte kunnen produceren.”
De infrarood-warmtebeeldcamera (IRT) in de progressieve rolvormlijn van SPARE helpt CETMA de temperatuurverdeling tijdens het productieproces te begrijpen en 3D-analyses te genereren om het computermodel tijdens het CCM-ontwikkelingsproces te verifiëren.Bron |“CETMA: Italiaanse R&D-innovatie op het gebied van composietmaterialen”
Maar hoe verhoudt dit nieuwe product zich tot de CCM die Xperion (nu XELIS, Markdorf, Duitsland) al meer dan tien jaar gebruikt?Pappadà zei: “We hebben analytische en numerieke modellen ontwikkeld die defecten zoals holtes kunnen voorspellen.”“We hebben samengewerkt met Leonardo en de Universiteit van Salento (Lecce, Italië) om de parameters en hun impact op de kwaliteit te begrijpen.Deze modellen gebruiken we om deze nieuwe CCM te ontwikkelen, waarbij we een hoge dikte kunnen hebben maar ook een hoge kwaliteit kunnen bereiken.Met deze modellen kunnen we niet alleen de temperatuur en druk optimaliseren, maar ook de applicatiemethode ervan.Je kunt veel technieken ontwikkelen om temperatuur en druk gelijkmatig te verdelen.We moeten echter de impact van deze factoren op de mechanische eigenschappen en de groei van defecten in composietstructuren begrijpen.”
Pappadà vervolgde: “Onze technologie is flexibeler.Op dezelfde manier is CCM twintig jaar geleden ontwikkeld, maar er is geen informatie over omdat de weinige bedrijven die het gebruiken geen kennis en expertise delen.Daarom moeten we helemaal opnieuw beginnen, alleen op basis van ons begrip van composietmaterialen en -verwerking.”
“We zijn nu interne plannen aan het doornemen en werken samen met klanten om de componenten van deze nieuwe technologieën te vinden”, aldus Corvaglia.“Deze onderdelen moeten mogelijk opnieuw worden ontworpen en opnieuw worden gekwalificeerd voordat de productie kan beginnen.”Waarom?“Het doel is om het vliegtuig zo licht mogelijk te maken, maar tegen een concurrerende prijs.Daarom moeten we ook de dikte optimaliseren.We kunnen echter ontdekken dat één onderdeel het gewicht kan verminderen of meerdere onderdelen met vergelijkbare vormen kan identificeren, wat veel geld en kosten kan besparen.”
Hij herhaalde dat deze technologie tot nu toe in handen is geweest van een paar mensen.“Maar we hebben alternatieve technologieën ontwikkeld om deze processen te automatiseren door geavanceerdere persgietstukken toe te voegen.We plaatsen er een vlaklaminaat in en halen er vervolgens een deel uit, klaar voor gebruik.We zijn bezig met het herontwerpen van onderdelen en het ontwikkelen van platte of geprofileerde onderdelen.Het stadium van CCM.”
“We hebben nu een zeer flexibele CCM-productielijn in CETMA”, aldus Pappadà.“Hier kunnen we indien nodig verschillende druk uitoefenen om complexe vormen te bereiken.De productlijn die we samen met Leonardo zullen ontwikkelen, zal meer gericht zijn op het voldoen aan de specifieke vereiste componenten.Wij zijn van mening dat verschillende CCM-lijnen kunnen worden gebruikt voor platte en L-vormige stringers in plaats van complexere vormen.Op deze manier kunnen we, vergeleken met de grote persen die momenteel worden gebruikt om complexe geometrische TPC-onderdelen te produceren, de apparatuurkosten laag houden.”
CETMA gebruikt CCM om stringers en panelen te produceren van koolstofvezel/PEKK eenrichtingstape, en gebruikt vervolgens inductielassen van deze kielbundeldemonstrator om ze te verbinden in het Clean Sky 2 KEELBEMAN-project beheerd door EURECAT.Bron|”Een demonstrator voor het lassen van thermoplastische kielbalken is gerealiseerd.”
“Inductielassen is erg interessant voor composietmaterialen, omdat de temperatuur heel goed kan worden aangepast en gecontroleerd, de verwarming erg snel gaat en de regeling heel nauwkeurig is”, aldus Pappadà.“Samen met Leonardo hebben we inductielassen ontwikkeld om TPC-componenten met elkaar te verbinden.Maar nu overwegen we het gebruik van inductielassen voor in-situ consolidatie (ISC) van TPC-tape.Hiervoor hebben we een nieuwe koolstofvezeltape ontwikkeld. Deze kan zeer snel worden verwarmd door inductielassen met een speciale machine.De tape gebruikt hetzelfde basismateriaal als de commerciële tape, maar heeft een andere architectuur om de elektromagnetische verwarming te verbeteren.Terwijl we de mechanische eigenschappen optimaliseren, overwegen we ook het proces om aan verschillende eisen te voldoen, zoals hoe we daar kosteneffectief en efficiënt mee kunnen omgaan door middel van automatisering.”
Hij wees erop dat het moeilijk is om ISC te bereiken met TPC-tape met een goede productiviteit.“Om het voor industriële productie te kunnen gebruiken, moet je sneller verwarmen en koelen en heel gecontroleerd druk uitoefenen.Daarom hebben we besloten om inductielassen te gebruiken om slechts een klein gebied te verwarmen waar het materiaal wordt geconsolideerd, terwijl de rest van het laminaat koud wordt gehouden.”Pappadà vertelt dat de TRL voor inductielassen gebruikt voor montage hoger is.“
Integratie ter plaatse met behulp van inductieverwarming lijkt uiterst ontwrichtend; momenteel doet geen enkele andere OEM of tier-leverancier dit publiekelijk.“Ja, dit kan een ontwrichtende technologie zijn”, zei Corvaglia.“We hebben patenten aangevraagd voor de machine en materialen.Ons doel is een product dat vergelijkbaar is met thermohardende composietmaterialen.Veel mensen proberen TPC te gebruiken voor AFP (Automatic Fiber Placement), maar de tweede stap moet worden gecombineerd.In termen van geometrie is dit een grote beperking in termen van kosten, cyclustijd en onderdeelgrootte.In feite kunnen we de manier veranderen waarop we onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart produceren.”
Naast thermoplasten blijft Leonardo onderzoek doen naar RTM-technologie.“Dit is een ander gebied waarop we samenwerken met CETMA, en nieuwe ontwikkelingen gebaseerd op de oude technologie (in dit geval SQRTM) zijn gepatenteerd.Gekwalificeerd harstransfergieten, oorspronkelijk ontwikkeld door Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, VS) (SQRTM).Corvaglia zei: “Het is belangrijk om een autoclaafmethode (OOA) te hebben waarmee we materialen kunnen gebruiken die al gekwalificeerd zijn.“Hierdoor kunnen we ook prepregs gebruiken met bekende eigenschappen en kwaliteiten.We hebben deze technologie gebruikt om raamkozijnen van vliegtuigen te ontwerpen, demonstreren en patenteren.“
Ondanks COVID-19 verwerkt CETMA nog steeds het Leonardo-programma. Hier wordt het gebruik van SQRTM getoond om raamconstructies van vliegtuigen te maken om defectvrije componenten te verkrijgen en het voorvormen te versnellen in vergelijking met traditionele RTM-technologie.Daarom kan Leonardo complexe metalen onderdelen zonder verdere bewerking vervangen door gaascomposietonderdelen.Bron |CETMA, Leonardo.
Pappadà merkte op: “Dit is ook een oudere technologie, maar als je online gaat, kun je geen informatie over deze technologie vinden.”Opnieuw gebruiken we analytische modellen om procesparameters te voorspellen en te optimaliseren.Met deze technologie kunnen we een goede harsverdeling verkrijgen – geen droge gebieden of harsophopingen – en vrijwel geen porositeit.Omdat we het vezelgehalte kunnen controleren, kunnen we zeer hoge structurele eigenschappen produceren en kan de technologie worden gebruikt om complexe vormen te produceren.We gebruiken dezelfde materialen die voldoen aan de autoclaaf-uithardingseisen, maar gebruiken de OOA-methode, maar u kunt er ook voor kiezen om een snel uithardende hars te gebruiken om de cyclustijd tot enkele minuten te verkorten.“
“Zelfs met de huidige prepreg hebben we de uithardingstijd verkort”, aldus Corvaglia.“Vergeleken met een normale autoclaafcyclus van 8-10 uur kan SQRTM voor onderdelen zoals raamkozijnen bijvoorbeeld 3-4 uur worden gebruikt.Warmte en druk worden rechtstreeks op de onderdelen uitgeoefend en de verwarmingsmassa is minder.Bovendien gaat de verwarming van vloeibare hars in de autoclaaf sneller dan de lucht en is de kwaliteit van de onderdelen ook uitstekend, wat vooral gunstig is bij complexe vormen.Geen nabewerking, vrijwel geen gaten en uitstekende oppervlaktekwaliteit, omdat het gereedschap zich in Control it bevindt, niet de vacuümzak.
Leonardo gebruikt verschillende technologieën om te innoveren.Vanwege de snelle ontwikkeling van de technologie is het van mening dat investeringen in risicovolle R&D (lage TRL) essentieel zijn voor de ontwikkeling van nieuwe technologieën die nodig zijn voor toekomstige producten, die de incrementele (kortetermijn) ontwikkelingsmogelijkheden overstijgen die bestaande producten al bezitten .Leonardo's R&D-masterplan voor 2030 combineert een dergelijke combinatie van kortetermijn- en langetermijnstrategieën, wat een uniforme visie vormt voor een duurzaam en concurrerend bedrijf.
Als onderdeel van dit plan zal het Leonardo Labs lanceren, een internationaal zakelijk R&D-laboratoriumnetwerk dat zich toelegt op R&D en innovatie.Tegen 2020 wil het bedrijf de eerste zes Leonardo-laboratoria openen in Milaan, Turijn, Genua, Rome, Napels en Taranto, en rekruteert het 68 onderzoekers (Leonardo Research Fellows) met vaardigheden op de volgende gebieden: 36 autonome intelligente systemen voor posities op het gebied van kunstmatige intelligentie, 15 big data-analyse, 6 high-performance computing, 4 elektrificatie van luchtvaartplatforms, 5 materialen en structuren, en 2 kwantumtechnologieën.Leonardo Laboratory zal de rol spelen van een innovatiepost en de schepper van Leonardo's toekomstige technologie.
Het is vermeldenswaard dat de technologie van Leonardo die in vliegtuigen wordt gecommercialiseerd, ook kan worden toegepast in de land- en zeedepartementen.Blijf ons volgen voor meer updates over Leonardo en de potentiële impact ervan op composietmaterialen.
De matrix bindt het vezelversterkte materiaal, geeft het composietonderdeel zijn vorm en bepaalt de oppervlaktekwaliteit.De composietmatrix kan polymeer, keramiek, metaal of koolstof zijn.Dit is een selectiegids.
Voor composiettoepassingen vervangen deze holle microstructuren veel volume met een laag gewicht, en verhogen ze het verwerkingsvolume en de productkwaliteit.
Posttijd: 09-feb-2021