OEM italian și furnizorul de nivel 1 Leonardo au colaborat cu departamentul de cercetare și dezvoltare CETMA pentru a dezvolta noi materiale compozite, mașini și procese, inclusiv sudarea prin inducție pentru consolidarea la fața locului a compozitelor termoplastice.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, lider în producția de materiale compozite, produce butoaie de fuselaj dintr-o singură piesă pentru Boeing 787. Colaborează cu CETMA pentru a dezvolta noi tehnologii, inclusiv turnarea prin compresie continuă (CCM) și SQRTM (de jos).Tehnologia de producție.Sursa |Leonardo și CETMA
Acest blog se bazează pe interviul meu cu Stefano Corvaglia, inginer de materiale, director R&D și manager de proprietate intelectuală al departamentului de structură a aeronavelor Leonardo (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, unitățile de producție Nola, sudul Italiei) și un interviu cu Dr. Silvio Pappadà, cercetare inginer și șef.Proiect de cooperare între CETMA (Brindisi, Italia) și Leonardo.
Leonardo (Roma, Italia) este unul dintre principalii jucători mondiali în domeniile aerospațial, apărării și securității, cu o cifră de afaceri de 13,8 miliarde de euro și peste 40.000 de angajați la nivel mondial.Compania oferă soluții cuprinzătoare pentru aer, uscat, mare, spațiu, rețea și securitate, precum și sisteme fără pilot din întreaga lume.Investiția în cercetare-dezvoltare a lui Leonardo este de aproximativ 1,5 miliarde de euro (11% din veniturile din 2019), ocupând locul al doilea în Europa și al patrulea în lume în ceea ce privește investițiile în cercetare în domeniile aerospațial și apărării.
Leonardo Aerostructures produce butoaie compozite dintr-o singură bucată pentru piesele 44 și 46 ale Boeing 787 Dreamliner.Sursa |Leonardo
Leonardo, prin departamentul său de structură de aviație, asigură principalelor programe de aeronave civile din lume fabricarea și asamblarea unor componente structurale mari din materiale compozite și tradiționale, inclusiv fuselajul și coada.
Leonardo Aerostructures produce stabilizatoare orizontale compozite pentru Boeing 787 Dreamliner.Sursa |Leonardo
În ceea ce privește materialele compozite, Divizia de Structuri Aerospațiale a lui Leonardo produce „butoaie dintr-o singură bucată” pentru secțiunile centrale ale fuselajului Boeing 787 44 și 46 la uzina sa din Grottaglie și stabilizatorii orizontali la uzina sa din Foggia, reprezentând aproximativ 14% din fuzelajul 787.%.Producția altor produse cu structură compozită include fabricarea și asamblarea aripii din spate a aeronavelor comerciale ATR și Airbus A220 la uzina sa din Foggia.Foggia produce, de asemenea, piese compozite pentru Boeing 767 și programe militare, inclusiv Joint Strike Fighter F-35, Eurofighter Typhoon, avionul de transport militar C-27J și Falco Xplorer, cel mai recent membru al familiei de avioane fără pilot Falco produs. de Leonardo.
„Împreună cu CETMA, desfășurăm multe activități, cum ar fi compozite termoplastice și turnare prin transfer de rășină (RTM)”, a spus Corvaglia.„Scopul nostru este să pregătim activitățile de cercetare și dezvoltare pentru producție în cel mai scurt timp posibil.În departamentul nostru (C&D și management IP), căutăm, de asemenea, tehnologii disruptive cu TRL mai scăzut (nivel de pregătire tehnică - adică, TRL-ul inferior este în curs de dezvoltare și mai departe de producție), dar sperăm să fim mai competitivi și să oferim ajutor clienților din jurul lume."
Pappadà a adăugat: „De la eforturile noastre comune, am muncit din greu pentru a reduce costurile și impactul asupra mediului.Am descoperit că compozitele termoplastice (TPC) au fost reduse în comparație cu materialele termorigide.”
Corvaglia a subliniat: „Am dezvoltat aceste tehnologii împreună cu echipa lui Silvio și am construit câteva prototipuri de baterii automate pentru a le evalua în producție.”
„CCM este un exemplu excelent al eforturilor noastre comune”, a spus Pappadà.„Leonardo a identificat anumite componente din materiale compozite termorigide.Împreună am explorat tehnologia furnizării acestor componente în TPC, concentrându-ne pe locurile în care există un număr mare de piese pe aeronavă, cum ar fi structuri de îmbinare și forme geometrice simple.Montanti.”
Piese fabricate folosind linia de producție de turnare prin compresie continuă a CETMA.Sursa |„CETMA: Inovație italiană în cercetare și dezvoltare în materiale compozite”
El a continuat: „Avem nevoie de o nouă tehnologie de producție cu costuri reduse și productivitate ridicată.”El a subliniat că în trecut, o mare cantitate de deșeuri a fost generată în timpul fabricării unei singure componente TPC.„Așadar, am produs o formă de plasă bazată pe tehnologia de turnare prin compresie non-izotermă, dar am făcut unele inovații (pentru brevet) pentru a reduce deșeurile.Am proiectat o unitate complet automată pentru aceasta, iar apoi o companie italiană a construit-o pentru noi.„
Potrivit lui Pappadà, unitatea poate produce componente proiectate de Leonardo, „o componentă la fiecare 5 minute, funcționând 24 de ore pe zi”.Cu toate acestea, echipa sa a trebuit apoi să-și dea seama cum să producă preformele.El a explicat: „La început, aveam nevoie de un proces de laminare plat, pentru că acesta era blocajul la acea vreme”.„Deci, procesul nostru a început cu un semifabricat (laminat plat), apoi l-am încălzit într-un cuptor cu infraroșu (IR)., Și apoi pus în presă pentru formare.Laminatele plate sunt produse de obicei folosind prese mari, care necesită 4-5 ore de ciclu.Am decis să studiem o nouă metodă care să poată produce mai rapid laminate plate.Prin urmare, în Leonardo Cu sprijinul inginerilor, am dezvoltat o linie de producție CCM de înaltă productivitate în CETMA.Am redus timpul de ciclu de 1m cu 1m părți la 15 minute.Ceea ce este important este că acesta este un proces continuu, astfel încât să putem produce o lungime nelimitată.”
Camera cu termoviziune cu infraroșu (IRT) din linia de formare progresivă SPARE ajută CETMA să înțeleagă distribuția temperaturii în timpul procesului de producție și să genereze analize 3D pentru a verifica modelul computerului în timpul procesului de dezvoltare CCM.Sursa |„CETMA: Inovație italiană în cercetare și dezvoltare în materiale compozite”
Cu toate acestea, cum se compară acest nou produs cu CCM pe care Xperion (acum XELIS, Markdorf, Germania) l-a folosit de mai bine de zece ani?Pappadà a spus: „Am dezvoltat modele analitice și numerice care pot prezice defecte precum golurile”.„Am colaborat cu Leonardo și Universitatea din Salento (Lecce, Italia) pentru a înțelege parametrii și impactul lor asupra calității.Folosim aceste modele pentru a dezvolta acest nou CCM, unde putem avea o grosime mare dar putem obține și calitate înaltă.Cu aceste modele, putem nu numai să optimizam temperatura și presiunea, ci și să le optimizăm metoda de aplicare.Puteți dezvolta multe tehnici pentru a distribui uniform temperatura și presiunea.Cu toate acestea, trebuie să înțelegem impactul acestor factori asupra proprietăților mecanice și creșterii defectelor structurilor compozite.”
Pappadà a continuat: „Tehnologia noastră este mai flexibilă.În mod similar, CCM a fost dezvoltat acum 20 de ani, dar nu există informații despre el, deoarece puținele companii care îl folosesc nu împărtășesc cunoștințele și expertiza.Prin urmare, trebuie să începem de la zero, doar pe baza înțelegerii noastre despre materialele compozite și procesare.”
„Acum parcurgem planuri interne și lucrăm cu clienții pentru a găsi componentele acestor noi tehnologii”, a spus Corvaglia.„Este posibil ca aceste piese să fie reproiectate și recalificate înainte de a începe producția.”De ce?„Scopul este de a face aeronava cât mai ușoară, dar la un preț competitiv.Prin urmare, trebuie să optimizăm și grosimea.Cu toate acestea, putem descoperi că o parte poate reduce greutatea sau poate identifica mai multe piese cu forme similare, ceea ce poate economisi o mulțime de bani.”
El a reiterat că până acum, această tehnologie a fost în mâinile câtorva oameni.„Dar am dezvoltat tehnologii alternative pentru a automatiza aceste procese prin adăugarea de modele de presă mai avansate.Punem un laminat plat si apoi scoatem o parte din el, gata de utilizare.Suntem în proces de reproiectare a pieselor și de dezvoltare a pieselor plate sau profilate.Etapa CCM.”
„Acum avem o linie de producție CCM foarte flexibilă în CETMA”, a spus Pappadà.„Aici putem aplica diferite presiuni după cum este necesar pentru a obține forme complexe.Linia de produse pe care o vom dezvolta împreună cu Leonardo va fi mai concentrată pe îndeplinirea componentelor sale specifice necesare.Credem că diferite linii CCM pot fi folosite pentru stringers plate și în formă de L în loc de forme mai complexe.În acest fel, în comparație cu presele mari utilizate în prezent pentru a produce piese TPC geometrice complexe, putem face ca costul echipamentului să fie redus.”
CETMA folosește CCM pentru a produce stringeri și panouri din bandă unidirecțională din fibră de carbon/PEKK, apoi folosește sudarea prin inducție a acestui demonstrator de chile pentru a le conecta în proiectul Clean Sky 2 KEELBEMAN gestionat de EURECAT.Sursa|”Se realizează un demonstrator pentru sudarea grinzilor termoplastice de chilă.”
„Sudura prin inducție este foarte interesantă pentru materialele compozite, deoarece temperatura poate fi reglată și controlată foarte bine, încălzirea este foarte rapidă și controlul este foarte precis”, a spus Pappadà.„Împreună cu Leonardo, am dezvoltat sudarea prin inducție pentru a îmbina componentele TPC.Dar acum luăm în considerare utilizarea sudării prin inducție pentru consolidarea in situ (ISC) a benzii TPC.În acest scop, am dezvoltat o nouă bandă din fibră de carbon, care poate fi încălzită foarte rapid prin sudare prin inducție folosind o mașină specială.Banda folosește același material de bază ca și banda comercială, dar are o arhitectură diferită pentru a îmbunătăți încălzirea electromagnetică.În timp ce optimizăm proprietățile mecanice, luăm în considerare, de asemenea, procesul pentru a încerca să satisfacă diferite cerințe, cum ar fi modul de a le gestiona eficient și rentabil prin automatizare.”
El a subliniat că este dificil să se realizeze ISC cu bandă TPC cu o productivitate bună.„Pentru a-l folosi pentru producția industrială, trebuie să încălziți și să răciți mai repede și să aplicați presiune într-un mod foarte controlat.Prin urmare, am decis să folosim sudarea prin inducție pentru a încălzi doar o zonă mică în care materialul este consolidat, iar restul laminatelor sunt păstrate la rece.”Pappadà spune că TRL-ul pentru sudarea prin inducție folosită pentru asamblare este mai mare.„
Integrarea la fața locului folosind încălzirea prin inducție pare extrem de perturbatoare - în prezent, niciun alt OEM sau furnizor de nivel nu face acest lucru public.„Da, aceasta poate fi o tehnologie disruptivă”, a spus Corvaglia.„Am solicitat brevete pentru mașină și materiale.Scopul nostru este un produs comparabil cu materialele compozite termorigide.Mulți oameni încearcă să folosească TPC pentru AFP (Automatic Fiber Placement), dar al doilea pas trebuie combinat.În ceea ce privește geometria, aceasta este o mare limitare în ceea ce privește costul, durata ciclului și dimensiunea piesei.De fapt, putem schimba modul în care producem piese aerospațiale.”
Pe lângă materialele termoplastice, Leonardo continuă să cerceteze tehnologia RTM.„Acesta este un alt domeniu în care cooperăm cu CETMA, iar noi dezvoltări bazate pe vechea tehnologie (SQRTM în acest caz) au fost brevetate.Turnare de transfer de rășină calificată dezvoltată inițial de Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, SUA) (SQRTM).Corvaglia a spus: „Este important să avem o metodă de autoclave (OOA) care să ne permită să folosim materiale care sunt deja calificate.„Acest lucru ne permite, de asemenea, să folosim preimpregnate cu caracteristici și calități binecunoscute.Am folosit această tehnologie pentru a proiecta, demonstra și solicita un brevet pentru ramele ferestrelor aeronavelor.„
În ciuda COVID-19, CETMA încă procesează programul Leonardo, aici este prezentată utilizarea SQRTM pentru a realiza structuri de ferestre a aeronavelor pentru a obține componente fără defecte și pentru a accelera preformarea în comparație cu tehnologia tradițională RTM.Prin urmare, Leonardo poate înlocui piesele metalice complexe cu piese compozite din plasă fără prelucrare ulterioară.Sursa |CETMA, Leonardo.
Pappadà a subliniat: „Aceasta este și o tehnologie mai veche, dar dacă intri online, nu poți găsi informații despre această tehnologie.”Încă o dată, folosim modele analitice pentru a prezice și optimiza parametrii procesului.Cu această tehnologie, putem obține o distribuție bună a rășinii - fără zone uscate sau acumulare de rășină - și porozitate aproape zero.Deoarece putem controla conținutul de fibre, putem produce proprietăți structurale foarte înalte, iar tehnologia poate fi folosită pentru a produce forme complexe.Folosim aceleași materiale care îndeplinesc cerințele de întărire în autoclavă, dar folosim metoda OOA, dar puteți decide și să utilizați o rășină cu întărire rapidă pentru a scurta timpul ciclului la câteva minute.„
„Chiar și cu preimpregnatul actual, am redus timpul de întărire”, a spus Corvaglia.„De exemplu, comparativ cu un ciclu normal de autoclavă de 8-10 ore, pentru piese precum ramele ferestrelor, SQRTM poate fi folosit timp de 3-4 ore.Căldura și presiunea sunt aplicate direct pieselor, iar masa de încălzire este mai mică.În plus, încălzirea rășinii lichide în autoclavă este mai rapidă decât aerul, iar calitatea pieselor este de asemenea excelentă, ceea ce este benefic în special pentru formele complexe.Fără reprelucrare, aproape zero goluri și calitate excelentă a suprafeței, deoarece instrumentul este în Control it, nu în sac de vid.
Leonardo folosește o varietate de tehnologii pentru a inova.Datorită dezvoltării rapide a tehnologiei, consideră că investițiile în cercetare și dezvoltare cu risc ridicat (TRL scăzut) sunt esențiale pentru dezvoltarea de noi tehnologii necesare pentru produsele viitoare, care depășește capacitățile de dezvoltare incrementală (pe termen scurt) pe care le posedă deja produsele existente. .Master planul de cercetare și dezvoltare al Leonardo pentru 2030 combină o astfel de combinație de strategii pe termen scurt și pe termen lung, ceea ce reprezintă o viziune unificată pentru o companie durabilă și competitivă.
Ca parte a acestui plan, va lansa Leonardo Labs, o rețea internațională de laboratoare de cercetare și dezvoltare, dedicată cercetării și dezvoltării și inovației.Până în 2020, compania va căuta să deschidă primele șase laboratoare Leonardo la Milano, Torino, Genova, Roma, Napoli și Taranto și recrutează 68 de cercetători (Leonardo Research Fellows) cu competențe în următoarele domenii: 36 de sisteme inteligente autonome pentru poziții de inteligență artificială, 15 analize de date mari, 6 calcule de înaltă performanță, 4 electrificare a platformei aviatice, 5 materiale și structuri și 2 tehnologii cuantice.Laboratorul Leonardo va juca rolul unui post de inovare și al creatorului viitoarei tehnologii a lui Leonardo.
Este de remarcat faptul că tehnologia lui Leonardo comercializată pe aeronave poate fi aplicată și în departamentele sale terestre și maritime.Rămâneți la curent pentru mai multe actualizări despre Leonardo și impactul potențial al acestuia asupra materialelor compozite.
Matricea leagă materialul armat cu fibre, dă forma componentei compozite și determină calitatea suprafeței acesteia.Matricea compozită poate fi polimeră, ceramică, metală sau carbon.Acesta este un ghid de selecție.
Pentru aplicațiile compozite, aceste microstructuri goale înlocuiesc mult volum cu greutate redusă și măresc volumul de procesare și calitatea produsului.
Ora postării: 09-feb-2021