לאונרדו ו-CETMA: הרס חומרים מרוכבים כדי להפחית את העלות וההשפעה הסביבתית |עולם החומרים המרוכבים

OEM האיטלקי וספק Tier 1 Leonardo שיתפו פעולה עם מחלקת המחקר והפיתוח של CETMA כדי לפתח חומרים מרוכבים, מכונות ותהליכים חדשים, כולל ריתוך אינדוקציה לאיחוד באתר של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים.#טרנד#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, מובילה בייצור חומרים מרוכבים, מייצרת חביות גוף של מקשה אחת עבור הבואינג 787. היא עובדת עם CETMA לפיתוח טכנולוגיות חדשות לרבות יציקת דחיסה רציפה (CCM) ו-SQRTM (למטה).טכנולוגיית ייצור.מקור |לאונרדו ו-CETMA
הבלוג הזה מבוסס על הראיון שלי עם סטפנו קורוגליה, מהנדס חומרים, מנהל מו"פ ומנהל קניין רוחני של מחלקת מבנה המטוסים של לאונרדו (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, מתקני הייצור של נולה, דרום איטליה), וראיון עם ד"ר סילביו פפדה, מחקר מהנדס וראש.פרויקט שיתוף פעולה בין CETMA (ברינדיזי, איטליה) ללאונרדו.
לאונרדו (רומא, איטליה) הוא אחד השחקנים הגדולים בעולם בתחומי התעופה והחלל, ההגנה והביטחון, עם מחזור מכירות של 13.8 מיליארד יורו ויותר מ-40,000 עובדים ברחבי העולם.החברה מספקת פתרונות מקיפים לאוויר, יבשה, ים, חלל, רשת ואבטחה, ומערכות בלתי מאוישות ברחבי העולם.ההשקעה במחקר ופיתוח של לאונרדו היא כ-1.5 מיליארד יורו (11% מהכנסות 2019), במקום השני באירופה ובמקום הרביעי בעולם במונחים של השקעות מחקר בתחומי התעופה והחלל וההגנה.
Leonardo Aerostructures מייצרת חביות גוף מורכבות מקשה אחת עבור חלקים 44 ו-46 של מטוס הבואינג 787 Dreamliner.מקור |לאונרדו
לאונרדו, באמצעות מחלקת מבנה התעופה שלה, מספקת לתוכניות המטוסים האזרחיים הגדולות בעולם, ייצור והרכבה של רכיבים מבניים גדולים מחומרים מרוכבים וחומרים מסורתיים, כולל גוף המטוס והזנב.
Leonardo Aerostructures מייצר מייצבים אופקיים מרוכבים עבור מטוס הבואינג 787 Dreamliner.מקור |לאונרדו
במונחים של חומרים מרוכבים, חטיבת מבנה התעופה והחלל של לאונרדו מייצרת "חביות מקשה אחת" עבור חלקי גוף המטוס המרכזיים של בואינג 787 44 ו-46 במפעל שלה בגרוטאגלי והמייצבים האופקיים במפעל Foggia שלה, המהווים כ-14% ממטוס ה-787.%.הייצור של מוצרי מבנה מרוכבים אחרים כולל ייצור והרכבה של הכנף האחורית של המטוסים המסחריים ATR ואיירבוס A220 במפעל Foggia שלו.Foggia מייצרת גם חלקים מרוכבים עבור בואינג 767 ותוכניות צבאיות, כולל Joint Strike Fighter F-35, מטוס הקרב Eurofighter Typhoon, מטוס התובלה הצבאי C-27J, ו-Falco Xplorer, החבר האחרון במשפחת המטוסים הבלתי מאוישים של Falco. מאת לאונרדו.
"יחד עם CETMA, אנו עושים פעילויות רבות, כמו חומרים מרוכבים תרמופלסטיים ודפוס העברת שרף (RTM)", אמר Corvaglia."המטרה שלנו היא להכין פעילויות מו"פ לייצור בזמן הקצר ביותר.במחלקה שלנו (ניהול מו"פ ו-IP), אנו מחפשים גם טכנולוגיות משבשות עם TRL נמוך יותר (רמת מוכנות טכנית, כלומר, ה-TRL התחתון מתחיל ורחוק יותר מהייצור), אך אנו מקווים להיות תחרותיים יותר ולספק עזרה ללקוחות ברחבי עוֹלָם."
פאפאדה הוסיפה: "מאז המאמצים המשותפים שלנו, עבדנו קשה כדי להפחית עלויות והשפעה סביבתית.מצאנו כי תרמופלסטיים מרוכבים (TPC) הופחתו בהשוואה לחומרים תרמוסטיים".
Corvaglia ציין: "פיתחנו את הטכנולוגיות הללו יחד עם הצוות של סילביו ובנינו כמה אבות טיפוס של סוללות אוטומטיות כדי להעריך אותם בייצור."
"CCM היא דוגמה מצוינת למאמצים המשותפים שלנו", אמר פפאדה."לאונרדו זיהה רכיבים מסוימים העשויים מחומרים מרוכבים תרמוסטים.יחד חקרנו את הטכנולוגיה של אספקת הרכיבים הללו ב-TPC, תוך התמקדות במקומות שבהם יש מספר רב של חלקים במטוס, כמו מבנים שחבור וצורות גיאומטריות פשוטות.זקפים."
חלקים המיוצרים באמצעות קו ייצור דפוס דחיסה רציף של CETMA.מקור |"CETMA: חדשנות מו"פ בחומרים מרוכבים איטלקיים"
הוא המשיך: "אנחנו צריכים טכנולוגיית ייצור חדשה עם עלות נמוכה ופרודוקטיביות גבוהה."הוא ציין כי בעבר נוצרה כמות גדולה של פסולת במהלך ייצור של רכיב TPC בודד."לכן, הפקנו צורת רשת המבוססת על טכנולוגיית דחיסת דחיסה שאינה איזותרמית, אבל עשינו כמה חידושים (המתנה לפטנט) כדי להפחית את הפסולת.תכננו לזה יחידה אוטומטית לגמרי, ואז חברה איטלקית בנתה לנו אותה."
לדברי Pappadà, היחידה יכולה לייצר רכיבים שתוכננו על ידי לאונרדו, "רכיב אחד כל 5 דקות, עובד 24 שעות ביממה".עם זאת, הצוות שלו היה צריך להבין איך לייצר את הפרפורמים.הוא הסביר: "בהתחלה היינו צריכים תהליך למינציה שטוח, כי זה היה צוואר הבקבוק בזמנו"."אז, התהליך שלנו התחיל עם ריק (למינציה שטוחה), ולאחר מכן חימם אותו בתנור אינפרא אדום (IR)., ולאחר מכן לשים לתוך העיתונות להיווצרות.למינציה שטוחה מיוצרים בדרך כלל באמצעות מכבשים גדולים, הדורשים 4-5 שעות של זמן מחזור.החלטנו ללמוד שיטה חדשה שיכולה לייצר למינציה שטוחה מהר יותר.לכן, בליאונרדו בתמיכת מהנדסים, פיתחנו קו ייצור CCM בעל פרודוקטיביות גבוהה ב-CETMA.צמצמנו את זמן המחזור של 1 מטר על 1 מטר חלקים ל-15 דקות.מה שחשוב זה שזה תהליך מתמשך, אז אנחנו יכולים לייצר אורך בלתי מוגבל”.
מצלמת הצילום התרמי האינפרא אדום (IRT) בקו גיבוש הגלילים המתקדם של SPARE עוזרת ל-CETMA להבין את התפלגות הטמפרטורה במהלך תהליך הייצור וליצור ניתוח תלת-ממדי כדי לאמת את מודל המחשב במהלך תהליך הפיתוח של CCM.מקור |"CETMA: חדשנות מו"פ בחומרים מרוכבים איטלקיים"
עם זאת, איך המוצר החדש הזה משתווה ל-CCM ש-Xperion (כיום XELIS, Markdorf, גרמניה) השתמש בו במשך יותר מעשר שנים?פפאדה אמר: "פיתחנו מודלים אנליטיים ומספריים שיכולים לחזות פגמים כמו חללים"."שיתפנו פעולה עם לאונרדו ואוניברסיטת סלנטו (לצ'ה, איטליה) כדי להבין את הפרמטרים והשפעתם על האיכות.אנו משתמשים במודלים אלה כדי לפתח את ה-CCM החדש הזה, שבו יכול להיות לנו עובי גבוה אך גם להשיג איכות גבוהה.עם מודלים אלה, אנו יכולים לא רק לייעל את הטמפרטורה והלחץ, אלא גם לייעל את שיטת היישום שלהם.אתה יכול לפתח טכניקות רבות לפיזור שווה של טמפרטורה ולחץ.עם זאת, עלינו להבין את ההשפעה של גורמים אלה על התכונות המכניות וצמיחת הליקויים של מבנים מרוכבים."
פפאדה המשיך: "הטכנולוגיה שלנו גמישה יותר.באופן דומה, CCM פותחה לפני 20 שנה, אך אין מידע על כך כי החברות הבודדות שמשתמשות בה אינן חולקות ידע ומומחיות.לכן, עלינו להתחיל מאפס, רק בהתבסס על ההבנה שלנו של חומרים מרוכבים ועיבוד."
"אנחנו עוברים כעת על תוכניות פנימיות ועובדים עם לקוחות כדי למצוא את הרכיבים של הטכנולוגיות החדשות האלה", אמר קורוואליה."ייתכן שיהיה צורך לעצב מחדש ולהתאים את החלקים האלה לפני שניתן להתחיל בייצור."למה?"המטרה היא להפוך את המטוס לקל ככל האפשר, אבל במחיר תחרותי.לכן, עלינו לייעל גם את העובי.עם זאת, אנו עשויים לגלות שחלק אחד יכול להפחית משקל, או לזהות חלקים מרובים בעלי צורות דומות, מה שיכול לחסוך הרבה כסף".
הוא חזר על כך שעד עכשיו, הטכנולוגיה הזו הייתה בידיים של כמה אנשים."אבל פיתחנו טכנולוגיות חלופיות כדי להפוך את התהליכים האלה לאוטומטיים על ידי הוספת פיתוחי עיתונות מתקדמים יותר.אנחנו מכניסים לרבד שטוח ואז מוציאים חלק ממנו, מוכן לשימוש.אנו נמצאים בתהליך של עיצוב מחדש של חלקים ופיתוח חלקים שטוחים או בעלי פרופיל.השלב של CCM."
"יש לנו כעת קו ייצור CCM גמיש מאוד ב-CETMA," אמר פפאדה."כאן אנחנו יכולים להפעיל לחצים שונים לפי הצורך כדי להשיג צורות מורכבות.קו המוצרים שנפתח יחד עם לאונרדו יהיה ממוקד יותר בעמידה ברכיבים הדרושים הספציפיים שלו.אנו מאמינים שניתן להשתמש בקווי CCM שונים עבור מיתרים שטוחים וצורת L במקום צורות מורכבות יותר.בדרך זו, בהשוואה למכבשים הגדולים המשמשים כיום לייצור חלקי TPC גיאומטריים מורכבים, נוכל להפחית את עלות הציוד".
CETMA משתמשת ב-CCM כדי לייצר מיתרים ופאנלים מסיבי פחמן/קלטת PEKK חד כיוונית, ולאחר מכן משתמשת בריתוך אינדוקציה של מדגמת חבילות קיל זה כדי לחבר אותם בפרויקט Clean Sky 2 KEELBEMAN המנוהל על ידי EURECAT.מקור|"מתגשמת הדגמה לריתוך קורות תרמופלסטיות של קילים".
"ריתוך אינדוקציה מעניין מאוד עבור חומרים מרוכבים, מכיוון שניתן להתאים ולשלוט בטמפרטורה בצורה טובה מאוד, החימום מהיר מאוד והשליטה מאוד מדויקת", אמר פפדה."יחד עם לאונרדו, פיתחנו ריתוך אינדוקציה כדי להצטרף לרכיבי TPC.אך כעת אנו שוקלים להשתמש בריתוך אינדוקציה עבור קונסולידציה במקום (ISC) של סרט TPC.לשם כך, פיתחנו סרט סיבי פחמן חדש, ניתן לחמם אותו במהירות רבה על ידי ריתוך אינדוקציה באמצעות מכונה מיוחדת.הקלטת משתמשת באותו חומר בסיס כמו הקלטת המסחרית, אך בעלת ארכיטקטורה שונה לשיפור החימום האלקטרומגנטי.תוך כדי אופטימיזציה של המאפיינים המכניים, אנו שוקלים גם את התהליך כדי לנסות לעמוד בדרישות שונות, כמו איך להתמודד איתן בצורה חסכונית ויעילה באמצעות אוטומציה."
הוא ציין שקשה להשיג ISC עם סרט TPC עם פרודוקטיביות טובה."כדי להשתמש בו לייצור תעשייתי, עליך לחמם ולקרר מהר יותר ולהפעיל לחץ בצורה מאוד מבוקרת.לכן, החלטנו להשתמש בריתוך אינדוקציה כדי לחמם רק שטח קטן שבו החומר מתגבש, והשאר למינטים נשמרים קרים".Pappadà אומר שה-TRL עבור ריתוך אינדוקציה המשמש להרכבה גבוה יותר."
אינטגרציה באתר באמצעות חימום אינדוקציה נראית משבשת ביותר - נכון לעכשיו, אף ספק OEM או שכבה אחר לא עושה זאת בפומבי."כן, זו עלולה להיות טכנולוגיה משבשת", אמר קורוגליה."הגשנו בקשה לפטנטים על המכונה והחומרים.המטרה שלנו היא מוצר דומה לחומרים מרוכבים תרמוסטים.אנשים רבים מנסים להשתמש ב-TPC עבור AFP (הצבת סיבים אוטומטית), אך יש לשלב את השלב השני.מבחינת גיאומטריה, זוהי מגבלה גדולה מבחינת עלות, זמן מחזור וגודל חלק.למעשה, אנו עשויים לשנות את הדרך בה אנו מייצרים חלקי תעופה וחלל".
בנוסף לתרמופלסטיים, לאונרדו ממשיך לחקור את טכנולוגיית RTM."זהו תחום נוסף שבו אנו משתפים פעולה עם CETMA, ופיתוחים חדשים המבוססים על הטכנולוגיה הישנה (SQRTM במקרה זה) נרשמו בפטנט.דפוס העברת שרף מוסמך שפותח במקור על ידי Radius Engineering (Salt Lake City, יוטה, ארה"ב) (SQRTM).Corvaglia אמר: "חשוב שתהיה שיטת אוטוקלאב (OOA) המאפשרת לנו להשתמש בחומרים שכבר מתאימים."זה גם מאפשר לנו להשתמש ב-prepregs עם מאפיינים ואיכויות ידועות.השתמשנו בטכנולוגיה זו כדי לעצב, להדגים ולהגיש בקשה לפטנט על מסגרות חלונות למטוסים."
למרות COVID-19, CETMA עדיין מעבדת את תוכנית לאונרדו, כאן מוצג השימוש ב-SQRTM לייצור מבני חלונות של מטוסים כדי להשיג רכיבים ללא פגמים ולהאיץ את ההיווצרות המוקדמת בהשוואה לטכנולוגיית RTM המסורתית.לכן, לאונרדו יכול להחליף חלקי מתכת מורכבים בחלקים מרוכבים רשת ללא עיבוד נוסף.מקור |CETMA, לאונרדו.
פפאדה ציין: "זו גם טכנולוגיה ישנה יותר, אבל אם אתה נכנס לאינטרנט, אתה לא יכול למצוא מידע על הטכנולוגיה הזו."שוב, אנו משתמשים במודלים אנליטיים כדי לחזות ולמטב פרמטרים של תהליך.עם טכנולוגיה זו, אנו יכולים להשיג פיזור שרף טוב - ללא אזורים יבשים או הצטברות שרף - וכמעט אפס נקבוביות.מכיוון שאנו יכולים לשלוט בתכולת הסיבים, אנו יכולים לייצר תכונות מבניות גבוהות מאוד, וניתן להשתמש בטכנולוגיה לייצור צורות מורכבות.אנו משתמשים באותם חומרים העומדים בדרישות ריפוי האוטוקלאב, אך משתמשים בשיטת OOA, אך ניתן גם להחליט להשתמש בשרף אשפרה מהיר כדי לקצר את זמן המחזור למספר דקות."
"אפילו עם ה-prepreg הנוכחי, צמצמנו את זמן הריפוי", אמר קורוואליה."לדוגמה, בהשוואה למחזור חיטוי רגיל של 8-10 שעות, עבור חלקים כגון מסגרות חלונות, ניתן להשתמש ב-SQRTM למשך 3-4 שעות.חום ולחץ מופעלים ישירות על החלקים, ומסת החימום קטנה יותר.בנוסף, החימום של שרף נוזלי בחיטוי מהיר יותר מהאוויר, וגם איכות החלקים מצוינת, מה שמועיל במיוחד לצורות מורכבות.אין עיבוד מחדש, כמעט אפס חללים ואיכות פני שטח מעולה, כי הכלי נמצא ב-Control it, לא שקית הוואקום.
לאונרדו משתמש במגוון טכנולוגיות כדי לחדש.בשל ההתפתחות המהירה של הטכנולוגיה, היא מאמינה שהשקעה במו"פ בסיכון גבוה (TRL נמוך) חיונית לפיתוח טכנולוגיות חדשות הדרושות למוצרים עתידיים, החורגת מיכולות הפיתוח המצטברות (קצר טווח) שיש למוצרים קיימים כבר. .תוכנית האב של לאונרדו ל-2030 למחקר ופיתוח משלבת שילוב כזה של אסטרטגיות קצרות טווח וארוכות טווח, המהווה חזון מאוחד לחברה בת קיימא ותחרותית.
כחלק מתוכנית זו, היא תשיק את Leonardo Labs, רשת מעבדות מו"פ ארגונית בינלאומית המוקדשת למו"פ ולחדשנות.עד שנת 2020, החברה תבקש לפתוח את שש מעבדות לאונרדו הראשונות במילאנו, טורינו, גנואה, רומא, נאפולי וטרנטו, והיא מגייסת 68 חוקרים (עמיתי לאונרדו) בעלי מיומנויות בתחומים הבאים: 36 מערכות חכמות אוטונומיות עבור עמדות בינה מלאכותית, 15 ניתוח ביג דאטה, 6 מחשוב בעל ביצועים גבוהים, 4 חשמול פלטפורמות תעופה, 5 חומרים ומבנים ו-2 טכנולוגיות קוונטיות.מעבדת לאונרדו תמלא תפקיד של פוסט חדשנות ויוצרת הטכנולוגיה העתידית של לאונרדו.
ראוי לציין כי הטכנולוגיה של לאונרדו הממוסחרת במטוסים עשויה להיות מיושמת גם במחלקות היבשה והים שלו.הישאר מעודכן לעדכונים נוספים על לאונרדו והשפעתו הפוטנציאלית על חומרים מרוכבים.
המטריצה ​​קושרת את החומר המחוזק בסיבים, מעניקה לרכיב המרוכב את צורתו וקובעת את איכות פני השטח שלו.המטריצה ​​המרוכבת יכולה להיות פולימר, קרמיקה, מתכת או פחמן.זהו מדריך לבחירה.
עבור יישומים מרוכבים, מבני מיקרו חלולים אלה מחליפים נפח רב עם משקל נמוך, ומגדילים את נפח העיבוד ואיכות המוצר.