Ve snaze o udržitelnost senzory zkracují doby cyklů, spotřebu energie a plýtvání, automatizují řízení procesů v uzavřené smyčce a zvyšují znalosti, čímž otevírají nové možnosti pro chytrou výrobu a struktury.#sensors #sustainability #SHM
Senzory vlevo (shora dolů): tepelný tok (TFX), in-mold dielektrika (Lambient), ultrazvuk (University of Augsburg), jednorázová dielektrika (Synthesites) a mezi haléře a termočlánky Microwire (AvPro). Grafy (nahoře, ve směru hodinových ručiček): Collo dielektrická konstanta (CP) versus Collo iontová viskozita (CIV), odpor pryskyřice versus čas (Synthesites) a digitální model kaprolaktamem implantovaných preforem s použitím elektromagnetických senzorů (projekt CosiMo, DLR ZLP, University of Augsburg).
Vzhledem k tomu, že se globální průmysl stále vynořuje z pandemie COVID-19, posunul se k upřednostňování udržitelnosti, což vyžaduje snížení plýtvání a spotřeby zdrojů (jako je energie, voda a materiály). V důsledku toho se výroba musí stát efektivnější a chytřejší. .To ale vyžaduje informace.Odkud tato data pocházejí pro kompozity?
Jak je popsáno v článcích CW 2020 Composites 4.0, definování měření potřebných ke zlepšení kvality dílů a výroby a senzorů potřebných k dosažení těchto měření je prvním krokem v chytré výrobě. V letech 2020 a 2021 CW informovalo o senzorech – dielektrických senzory, senzory tepelného toku, senzory z optických vláken a bezkontaktní senzory využívající ultrazvukové a elektromagnetické vlny – stejně jako projekty demonstrující jejich schopnosti (viz online sada obsahu senzorů CW). Tento článek staví na této zprávě a pojednává o senzorech používaných v kompozitních materiály, jejich slíbené výhody a výzvy a technologické prostředí ve vývoji. Zejména společnosti, které se rýsují jako lídři v průmyslu kompozitů, již tento prostor zkoumají a pohybují se v něm.
Síť senzorů v CosiMo Síť 74 senzorů – z nichž 57 jsou ultrazvukové senzory vyvinuté na univerzitě v Augsburgu (zobrazeno vpravo, světle modré tečky v horní a spodní polovině formy) – se používá pro demonstrátor víka pro T-RTM projekt lisování CosiMo pro termoplastické kompozitní baterie. Obrazový kredit: projekt CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Univerzita v Augsburgu
Cíl č. 1: Ušetřete peníze. Blog The CW z prosince 2021 s názvem „Vlastní ultrazvukové senzory pro optimalizaci a řízení kompozitních procesů“ popisuje práci na univerzitě v Augsburgu (UNA, Augsburg, Německo) na vývoji sítě 74 senzorů, které pro CosiMo projekt výroby demonstrátoru krytu baterie EV (kompozitní materiály v chytré dopravě). Součást je vyrobena pomocí termoplastického přetlačovacího lisování (T-RTM), které in situ polymerizuje monomer kaprolaktamu na kompozit polyamid 6 (PA6). Markus Sause, profesor v UNA a vedoucí produkční sítě umělé inteligence (AI) UNA v Augsburgu vysvětluje, proč jsou senzory tak důležité: „Největší výhodou, kterou nabízíme, je vizualizace toho, co se děje uvnitř černé skříňky během zpracování. V současné době má většina výrobců omezené systémy, jak toho dosáhnout. Například používají velmi jednoduché nebo specifické senzory při použití infuze pryskyřice k výrobě velkých leteckých dílů. Pokud se proces infuze pokazí, máte v podstatě velký kus šrotu. Ale pokud máte řešení, abyste pochopili, co se ve výrobním procesu pokazilo a proč, můžete to opravit a opravit, což vám ušetří spoustu peněz.“
Termočlánky jsou příkladem „jednoduchého nebo specifického senzoru“, který se po desetiletí používá k monitorování teploty kompozitních laminátů během vytvrzování v autoklávu nebo v peci. Používají se dokonce k řízení teploty v pecích nebo nahřívacích přikrývek k vytvrzování oprav kompozitních záplat pomocí tepelná pojiva. Výrobci pryskyřic používají v laboratoři různé senzory ke sledování změn viskozity pryskyřice v průběhu času a teploty za účelem vývoje vytvrzovacích přípravků. Co se však nově objevuje, je síť senzorů, která dokáže vizualizovat a řídit výrobní proces in situ na základě více parametrů (např. teplota a tlak) a stav materiálu (např. viskozita, agregace, krystalizace).
Například ultrazvukový senzor vyvinutý pro projekt CosiMo využívá stejné principy jako ultrazvuková kontrola, která se stala základem nedestruktivního testování (NDI) hotových kompozitních dílů.Petros Karapapas, hlavní inženýr ve společnosti Meggitt (Loughborough, UK), řekl: "Naším cílem je minimalizovat čas a práci potřebnou pro postprodukční kontrolu budoucích komponentů, protože se posouváme k digitální výrobě." Spolupráce Materials Center (NCC, Bristol, UK) na demonstraci monitorování Solvay (Alpharetta, GA, USA) prstence EP 2400 během RTM pomocí lineárního dielektrického senzoru vyvinutého na Cranfield University (Cranfield, UK) Tok a vytvrzování oxyresinu pro 1,3 m dlouhý, 0,8 m široký a 0,4 m hluboký kompozitní plášť pro výměník tepla motoru komerčních letadel. „Když jsme zjišťovali, jak vyrobit větší sestavy s vyšší produktivitou, nemohli jsme si dovolit provádět všechny tradiční kontroly po zpracování a testování každého dílu,“ řekl Karapapas. „Právě teď vedle těchto RTM dílů vyrábíme testovací panely a poté provádíme mechanické testování, abychom ověřili vytvrzovací cyklus. Ale s tímto senzorem to není nutné.“
Collo Probe je ponořen do nádoby na míchání barev (zelený kruh nahoře), aby zjistil, kdy je míchání dokončeno, což šetří čas a energii. Kredit snímku: ColloidTek Oy
„Naším cílem není být dalším laboratorním zařízením, ale zaměřit se na produkční systémy,“ říká Matti Järveläinen, generální ředitel a zakladatel společnosti ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finsko). Blog CW z ledna 2022 „Fingerprint Liquids for Composites“ zkoumá Collo's kombinace senzorů elektromagnetického pole (EMF), zpracování signálu a analýzy dat pro měření „otisku prstu“ jakékoli kapaliny, jako jsou monomery, pryskyřice nebo lepidla. „Nabízíme novou technologii, která poskytuje přímou zpětnou vazbu v reálném čase, takže můžete lépe porozumět tomu, jak váš proces skutečně funguje, a reagovat, když se něco pokazí,“ říká Järveläinen. „Naše senzory převádějí data v reálném čase na srozumitelné a použitelné fyzikální veličiny, jako je reologická viskozita, které umožňují optimalizaci procesu. Můžete například zkrátit dobu míchání, protože jasně vidíte, kdy je míchání dokončeno. Proto s You můžete zvýšit produktivitu, ušetřit energii a snížit zmetkovitost ve srovnání s méně optimalizovaným zpracováním.“
Cíl č. 2: Zvýšit znalosti procesů a vizualizaci. U procesů, jako je agregace, Järveläinen říká: „Z pouhého snímku neuvidíte mnoho informací. Jen odebíráte vzorek a jdete do laboratoře a díváte se, jaké to bylo před minutami nebo hodinami. Je to jako jízda po dálnici, každou hodinu Otevřete na minutu oči a zkuste předpovědět, kudy cesta vede.“ Sause souhlasí a poznamenává, že senzorová síť vyvinutá v CosiMo „nám pomáhá získat úplný obrázek o procesu a chování materiálu. V procesu můžeme vidět místní efekty v reakci na změny tloušťky součásti nebo integrovaných materiálů, jako je pěnové jádro. Snažíme se poskytovat informace o tom, co se ve formě skutečně děje. To nám umožňuje určit různé informace, jako je tvar čela toku, příchod každého dílčího času a stupeň agregace na každém místě senzoru.
Collo spolupracuje s výrobci epoxidových lepidel, barev a dokonce i piva na vytváření procesních profilů pro každou vyrobenou šarži. Nyní může každý výrobce sledovat dynamiku svého procesu a nastavit optimalizovanější parametry s upozorněním na zásah, když šarže nesplňují specifikace. To pomáhá stabilizovat a zlepšit kvalitu.
Video přední části toku v části CosiMo (vstup vstřikování je bílá tečka uprostřed) jako funkce času na základě naměřených dat ze sítě senzorů in-mold. Obrazový kredit: projekt CosiMo, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
„Chci vědět, co se děje při výrobě dílů, ne otevírat krabici a vidět, co se stane potom,“ říká Karapapas z Meggitt.“ Produkty, které jsme vyvinuli pomocí Cranfieldových dielektrických senzorů, nám umožnily vidět proces in-situ a také jsme byli schopni k ověření vytvrzení pryskyřice.“ Pomocí všech šesti typů senzorů popsaných níže (není vyčerpávající seznam, jen malý výběr, také dodavatelé), lze sledovat vytvrzování/polymerizaci a průtok pryskyřice. Některé senzory mají další možnosti a kombinované typy senzorů mohou rozšířit možnosti sledování a vizualizace. Toto bylo demonstrováno během CosiMo, který používal ultrazvukové, dielektrické a piezorezistivní senzory v režimu pro měření teploty a tlaku od společnosti Kistler (Winterthur, Švýcarsko).
Cíl č. 3: Zkraťte dobu cyklu. Snímače Collo mohou měřit jednotnost dvousložkového rychle tuhnoucího epoxidu, protože části A a B se mísí a vstřikují během RTM a na každé místo ve formě, kde jsou takové senzory umístěny. rychleji vytvrzující pryskyřice pro aplikace, jako je Urban Air Mobility (UAM), které by poskytovaly rychlejší cykly vytvrzování ve srovnání se současnými jednosložkovými epoxidy, jako je RTM6.
Collo senzory mohou také monitorovat a vizualizovat odplyňování, vstřikování a vytvrzování epoxidu a po dokončení každého procesu. Dokončení vytvrzování a další procesy založené na skutečném stavu zpracovávaného materiálu (oproti tradičním receptům na čas a teplotu) se nazývá management stavu materiálu (MSM). Společnosti jako AvPro (Norman, Oklahoma, USA) po desetiletí sledují MSM, aby sledovaly změny v materiálech součástí a procesů, protože sledují specifické cíle pro teplotu skelného přechodu (Tg), viskozitu, polymeraci a/nebo krystalizace. Například síť senzorů a digitální analýza v CosiMo byly použity k určení minimální doby potřebné k zahřátí RTM lisu a formy a zjistilo se, že 96 % maximální polymerace bylo dosaženo za 4,5 minuty.
Dodavatelé dielektrických senzorů, jako jsou Lambient Technologies (Cambridge, MA, USA), Netzsch (Selb, Německo) a Synthesites (Uccle, Belgie), také prokázali svou schopnost zkrátit doby cyklu. Výzkumný a vývojový projekt Synthesites s výrobci kompozitů Hutchinson (Paříž, Francie ) a Bombardier Belfast (nyní Spirit AeroSystems (Belfast, Irsko)) hlásí, že na základě měření odporu pryskyřice a teploty v reálném čase pomocí své jednotky pro získávání dat Optimold a softwaru Optiview Software převádí na odhadovanou viskozitu a Tg.“ Výrobci mohou vidět Tg v reálném čase, takže se mohou rozhodnout, kdy zastavit cyklus vytvrzování,“ vysvětluje Nikos Pantelelis, ředitel společnosti Synthesites. „Nemusí čekat na dokončení cyklu přenosu, který je delší, než je nutné. Například tradiční cyklus pro RTM6 je 2hodinové úplné vytvrzení při 180 °C. Viděli jsme, že to lze u některých geometrií zkrátit na 70 minut. To bylo také prokázáno v projektu INNOTOOL 4.0 (viz „Urychlení RTM pomocí snímačů tepelného toku“), kde použití snímače tepelného toku zkrátilo vytvrzovací cyklus RTM6 ze 120 minut na 90 minut.
Cíl č. 4: Řízení adaptivních procesů v uzavřené smyčce. Pro projekt CosiMo je konečným cílem automatizace řízení v uzavřené smyčce během výroby kompozitních dílů. To je také cílem projektů ZAero a iComposite 4.0, o nichž informoval CW v roce 2020 (snížení nákladů o 30–50 %). Všimněte si, že tyto zahrnují různé procesy – automatizované umístění prepregové pásky (ZAero) a předtvarování vláknovým sprejem ve srovnání s vysokotlakým T-RTM v CosiMo pro RTM s rychle vytvrzujícím epoxidem (iComposite 4.0).Vše Tyto projekty využívají senzory s digitálními modely a algoritmy k simulaci procesu a předpovídání výsledku hotové součásti.
Řízení procesu lze považovat za sérii kroků, vysvětlil Sause. Prvním krokem je integrace senzorů a procesního zařízení, řekl, „abychom si představili, co se děje v černé skříňce, a parametry, které se mají použít. Zbývajících několik kroků, možná polovina řízení s uzavřenou smyčkou, je schopno stisknout tlačítko stop, abyste zasáhli, vyladili proces a zabránili odmítnutým součástem. Jako poslední krok můžete vyvinout digitální dvojče, které lze automatizovat, ale také vyžaduje investice do metod strojového učení.“ V CosiMo tato investice umožňuje senzorům dodávat data do digitálního dvojčete, analýza hran (výpočty prováděné na okraji výrobní linky oproti výpočtům z centrálního úložiště dat) se pak používá k predikci dynamiky čela toku, obsahu vláken na textilní předlisek. a potenciální suchá místa.“V ideálním případě můžete vytvořit nastavení, která umožní řízení a ladění procesu v uzavřené smyčce,“ řekl Sause. „Ty budou zahrnovat parametry jako vstřikovací tlak, tlak ve formě a teplota. Tyto informace můžete také použít k optimalizaci svého materiálu.“
Společnosti přitom používají senzory k automatizaci procesů. Například společnost Synthesites spolupracuje se svými zákazníky na integraci senzorů se zařízením pro uzavření vstupu pryskyřice po dokončení infuze nebo zapnutí tepelného lisu, když je dosaženo cílového vytvrzení.
Järveläinen poznamenává, že k určení, který senzor je pro každý případ použití nejlepší, „musíte pochopit, jaké změny v materiálu a procesu chcete monitorovat, a pak musíte mít analyzátor.“ Analyzátor získává data shromážděná dotazovačem nebo jednotkou pro sběr dat. nezpracovaná data a převést je na informace použitelné výrobcem. získávání dat a také architekturu ukládání dat, aby bylo možné data zpracovat.“
„Koncoví uživatelé nechtějí jen vidět nezpracovaná data,“ říká Järveläinen.“ Chtějí vědět: „Je proces optimalizován?“ Kdy lze podniknout další krok?“ Chcete-li to provést, musíte zkombinovat několik senzorů pro analýzu a poté použijte strojové učení k urychlení procesu.“ Tohoto přístupu analýzy hran a strojového učení používaného týmem Collo a CosiMo lze dosáhnout pomocí map viskozity, numerických modelů čela toku pryskyřice a vizualizace schopnosti konečného řízení parametrů procesu a strojů.
Optimold je analyzátor vyvinutý společností Synthesites pro její dielektrické senzory. Jednotka Optimold, řízená softwarem Optiview společnosti Synthesites, využívá měření teploty a odporu pryskyřice k výpočtu a zobrazení grafů v reálném čase ke sledování stavu pryskyřice, včetně poměru směsi, chemického stárnutí, viskozity, Tg. a stupeň vytvrzení. Lze jej použít v procesech předimpregnovaného laminátu a tváření kapaliny. Samostatná jednotka Optiflow se používá pro monitorování toku. Společnost Synthesites také vyvinula simulátor vytvrzování, který nevyžaduje senzor vytvrzování ve formě nebo dílu, ale místo toho používá teplotní senzor a vzorky pryskyřice/prepregu v této analyzační jednotce. „Používáme tuto nejmodernější metodu infuze a vytvrzování lepidla pro výrobu lopatek větrných turbín,“ řekl Nikos Pantelelis, ředitel Synthesites.
Systémy řízení procesů společnosti Synthesites integrují senzory, jednotky pro sběr dat Optiflow a/nebo Optimold a software OptiView a/nebo Online Resin Status (ORS). Obrazový kredit: Synthesites, editováno The CW
Většina dodavatelů senzorů proto vyvinula své vlastní analyzátory, některé využívající strojové učení a někteří ne. Výrobci kompozitů však mohou také vyvíjet své vlastní systémy na zakázku nebo zakoupit běžně dostupné přístroje a upravit je tak, aby vyhovovaly specifickým potřebám. je třeba vzít v úvahu pouze jeden faktor. Existuje mnoho dalších.
Kontakt je také důležitým hlediskem při výběru, který senzor použít. Senzor může potřebovat být v kontaktu s materiálem, dotazovačem nebo obojím. Například senzory tepelného toku a ultrazvukové senzory lze vložit do formy RTM 1-20 mm od povrchu – přesné sledování nevyžaduje kontakt s materiálem ve formě.Ultrazvukové senzory mohou také snímat díly v různých hloubkách v závislosti na použité frekvenci. Elektromagnetické senzory Collo dokážou odečítat i hloubku kapalin nebo dílů – 2-10 cm, v závislosti na frekvenci dotazování – a prostřednictvím nekovových nádob nebo nástrojů v kontaktu s pryskyřicí.
Magnetické mikrodráty (viz „Bezkontaktní monitorování teploty a tlaku uvnitř kompozitů“) jsou však v současnosti jedinými snímači schopnými dotazovat se na kompozity na vzdálenost 10 cm. Je to proto, že využívá elektromagnetickou indukci k vyvolání odezvy snímače, která je zabudován do kompozitního materiálu. Mikrodrátový senzor ThermoPulse společnosti AvPro, zapuštěný do adhezivní spojovací vrstvy, byl zkoumán přes 25 mm tlustý laminát z uhlíkových vláken za účelem měření teploty během procesu lepení. Protože mikrodráty mají chlupatý průměr 3–70 mikronů, neovlivňují výkon kompozitu nebo spoje. U mírně větších průměrů 100-200 mikronů mohou být senzory z optických vláken zabudovány bez zhoršení strukturálních vlastností. Protože však k měření využívají světlo, musí mít senzory z optických vláken kabelové připojení k Podobně, protože dielektrické senzory používají napětí k měření vlastností pryskyřice, musí být také připojeny k dotazovači a většina z nich musí být také v kontaktu s pryskyřicí, kterou monitorují.
Snímač Collo Probe (nahoře) může být ponořen do kapalin, zatímco Collo Plate (dole) je instalován ve stěně nádoby/směšovací nádoby nebo procesního potrubí/přívodního vedení. Kredit snímku: ColloidTek Oy
Teplotní schopnost senzoru je dalším klíčovým hlediskem. Například většina běžně dostupných ultrazvukových senzorů obvykle pracuje při teplotách do 150 °C, ale části v CosiMo je třeba tvarovat při teplotách nad 200 °C. Proto UNA museli navrhnout ultrazvukový senzor s touto schopností. Jednorázové dielektrické senzory Lambient lze použít na povrchy dílů až do 350 °C a jeho opakovaně použitelné in-mold senzory lze použít až do 250 °C. Společnost RVmagnetics (Košice, Slovensko) vyvinula jeho mikrodrátový senzor pro kompozitní materiály, které vydrží vytvrzování při 500 °C. Zatímco samotná technologie senzoru Collo nemá žádný teoretický teplotní limit, jsou testovány jak stínění z tvrzeného skla pro Collo Plate, tak nové pouzdro z polyetheretherketonu (PEEK) pro Collo Probe. pro nepřetržitý provoz při 150 °C, podle Järveläinena. Mezitím PhotonFirst (Alkmaar, Nizozemsko) použil polyimidový povlak k zajištění provozní teploty 350 °C pro svůj optický senzor pro projekt SuCoHS, pro udržitelný a nákladově- efektivní vysokoteplotní kompozit.
Dalším faktorem, který je třeba zvážit, zejména při instalaci, je, zda senzor měří v jednom bodě, nebo jde o lineární senzor s více snímacími body. Například optické senzory Com&Sens (Eke, Belgie) mohou být dlouhé až 100 metrů a mají až 40 snímacích bodů s Braggovou mřížkou (FBG) s minimálním rozestupem 1 cm. Tyto snímače byly použity pro monitorování strukturálního zdraví (SHM) 66 metrů dlouhých kompozitních mostů a monitorování průtoku pryskyřice během infuze velkých mostovek. Instalace jednotlivé bodové senzory pro takový projekt by vyžadovaly velký počet senzorů a spoustu času na instalaci. NCC a Cranfield University u svých lineárních dielektrických senzorů tvrdí podobné výhody. Ve srovnání s jednobodovými dielektrickými senzory nabízenými společnostmi Lambient, Netzsch a Synthesites, “ S naším lineárním senzorem můžeme nepřetržitě monitorovat tok pryskyřice po celé délce, což výrazně snižuje počet senzorů požadovaných v dílu nebo nástroji.
AFP NLR pro senzory vláknové optiky Do 8. kanálu hlavy Coriolis AFP je integrována speciální jednotka, která umísťuje čtyři pole senzorů z optických vláken do vysokoteplotního kompozitního testovacího panelu vyztuženého uhlíkovými vlákny. Obrazový kredit: SuCoHS Project, NLR
Lineární senzory také pomáhají automatizovat instalace. V projektu SuCoHS vyvinula společnost Royal NLR (Dutch Aerospace Centre, Marknesse) speciální jednotku integrovanou do 8. kanálu vedoucího Automated Fiber Placement (AFP) společnosti Coriolis Composites (Queven, Francie) pro vložení čtyř polí ( samostatné linky optických vláken), každý s 5 až 6 senzory FBG (PhotonFirst nabízí celkem 23 senzorů), v testovacích panelech z uhlíkových vláken. RVmagnetics umístila své mikrodrátové senzory do pultrudované výztuže z GFRP.“ Dráty jsou nespojité [1–4 cm dlouhé pro většinu kompozitních mikrodrátů], ale jsou automaticky průběžně ukládány při výrobě výztuže,“ řekl Ratislav Varga, spoluzakladatel RVmagnetics. „Máte mikrodrát s 1km mikrodrátem. cívky vláken a přivádějí je do zařízení na výrobu výztuže, aniž by se měnil způsob výroby výztuže. Mezitím Com&Sens pracuje na automatizované technologii pro zabudování optických senzorů během procesu navíjení vlákna v tlakových nádobách.
Kvůli své schopnosti vést elektřinu může uhlíkové vlákno způsobovat problémy s dielektrickými senzory. Dielektrické senzory používají dvě elektrody umístěné blízko sebe.“ Pokud vlákna přemostí elektrody, zkratují senzor,“ vysvětluje zakladatel společnosti Lambient Huan Lee. V tomto případě použijte filtr." Filtr nechá pryskyřici projít senzory, ale izoluje je od uhlíkových vláken." Lineární dielektrický senzor vyvinutý Cranfield University a NCC používá jiný přístup, včetně dvou kroucených párů měděných drátů. Při použití napětí se mezi dráty vytvoří elektromagnetické pole, které se používá k měření impedance pryskyřice. Dráty jsou potaženy s izolačním polymerem, který neovlivňuje elektrické pole, ale zabraňuje zkratování uhlíkových vláken.
Problémem jsou samozřejmě také náklady. Společnost Com&Sens uvádí, že průměrné náklady na snímací bod FBG jsou 50-125 eur, které mohou klesnout na přibližně 25-35 eur, pokud se používají v dávkách (např. pro 100 000 tlakových nádob). (Toto je pouze zlomek současné a projektované výrobní kapacity kompozitních tlakových nádob, viz článek CW z roku 2021 o vodíku.) Karapapas z Meggitt říká, že obdržel nabídky na optické linky se senzory FBG v průměru 250 GBP/senzor (≈300 EUR/senzor), tazatel má hodnotu kolem 10 000 GBP (12 000 EUR). „Lineární dielektrický senzor, který jsme testovali, byl spíše jako potažený drát, který si můžete koupit z regálu,“ dodal.“ Dotazovač, který používáme,“ dodává Alex Skordos, čtenář ( senior researcher) v Composites Process Science na Cranfield University, „je analyzátor impedance, který je velmi přesný a stojí nejméně 30 000 GBP [≈ 36 000 EUR], ale NCC používá mnohem jednodušší dotazovač, který se v zásadě skládá z běžně dostupného moduly od komerční společnosti Advise Deta [Bedford, UK].“ Synthesites nabízí 1 190 EUR za in-mold senzory a 20 EUR za senzory na jedno použití/díly V EUR je Optiflow kótován na 3 900 EUR a Optimold za 7 200 EUR, s rostoucími slevami pro více jednotek analyzátoru. Tyto ceny zahrnují software Optiview a další potřebnou podporu, řekl Pantelelis a dodal, že výrobci větrných lopatek ušetří 1,5 hodiny na cyklus, přidají lopatky na řadu za měsíc a sníží spotřebu energie o 20 procent, s návratností investice pouze za čtyři měsíce.
Společnosti využívající senzory získají výhodu s tím, jak se digitální výroba kompozitů 4.0 vyvíjí. Například Grégoire Beauduin, ředitel obchodního rozvoje společnosti Com&Sens, říká: „Protože se výrobci tlakových nádob snaží snížit hmotnost, spotřebu materiálu a náklady, mohou naše senzory použít k ospravedlnění jejich návrhy a monitorují výrobu, jakmile dosáhnou požadovaných úrovní do roku 2030. Stejné senzory, které se používají k posouzení úrovní napětí ve vrstvách během navíjení a vytvrzování vláken, mohou také monitorovat integritu nádrže během tisíců cyklů tankování, předvídat potřebnou údržbu a recertifikovat na konci návrhu život. Můžeme Pro každou vyrobenou kompozitní tlakovou nádobu je poskytován digitální dvojitý datový fond a řešení se vyvíjí také pro satelity.“
Povolení digitálních dvojčat a vláken Com&Sens spolupracuje s výrobcem kompozitů na využití jeho optických senzorů k umožnění toku digitálních dat prostřednictvím návrhu, výroby a servisu (vpravo) pro podporu digitálních ID karet, které podporují digitální dvojče každého vyrobeného dílu (vlevo). Obrazový kredit: Com&Sens a obrázek 1, „Engineering with Digital Threads“ od V. Singha, K. Wilcoxe.
Data ze senzorů tedy podporují digitální dvojče a také digitální vlákno, které zahrnuje návrh, výrobu, servisní operace a zastaralost. Při analýze pomocí umělé inteligence a strojového učení se tato data vracejí zpět do návrhu a zpracování, čímž se zlepšuje výkon a udržitelnost. také změnil způsob, jakým spolupracují dodavatelské řetězce. Například výrobce lepidel Kiilto (Tampere, Finsko) používá senzory Collo, aby svým zákazníkům pomohl kontrolovat poměr složek A, B atd. ve svém zařízení na míchání vícesložkových lepidel.“ Kiilto může nyní upravit složení svých lepidel pro jednotlivé zákazníky,“ říká Järveläinen, „ale také umožňuje společnosti Kiilto porozumět tomu, jak pryskyřice interagují v procesech zákazníků a jak zákazníci interagují s jejich produkty, což mění způsob výroby. Řetězy mohou spolupracovat."
OPTO-Light používá senzory Kistler, Netzsch a Synthesites k monitorování vytvrzování termoplastických zalisovaných epoxidových CFRP dílů. Obrazový kredit: AZL
Senzory také podporují inovativní nové kombinace materiálů a procesů. Popsáno v článku CW z roku 2019 o projektu OPTO-Light (viz „Termoplastické termosety, 2minutový cyklus, jedna baterie“), AZL Aachen (Aachen, Německo) používá dvoukrokový proces horizontálního slisování jednoho To (UD) prepregu z uhlíkových vláken/epoxidu, poté přetvarování 30% krátkým skelným vláknem vyztuženého PA6. Klíčem je pouze částečné vytvrzení prepregu, aby zbývající reaktivita v epoxidu umožnila spojení s termoplastem .AZL používá k optimalizaci vstřikování analyzátory Optimold a Netzsch DEA288 Epsilon s dielektrickými senzory Synthesites a Netzsch a in-mold senzory Kistler a softwarem DataFlow.“ Musíte mít hluboké znalosti o procesu lisování prepreg, protože se musíte ujistit, že porozumět stavu vytvrzení, abyste dosáhli dobrého spojení s termoplastickým zalitím,“ vysvětluje výzkumný inženýr AZL Richard Schares. "V budoucnu může být proces adaptivní a inteligentní, rotace procesu je spouštěna signály senzorů."
Existuje však zásadní problém, říká Järveläinen, „a tím je nedostatek porozumění ze strany zákazníků, jak integrovat tyto různé senzory do svých procesů. Většina společností nemá odborníky na senzory.“ V současné době cesta vpřed vyžaduje, aby si výrobci senzorů a zákazníci vyměňovali informace tam a zpět. Organizace jako AZL, DLR (Augsburg, Německo) a NCC rozvíjejí expertízu pro více senzorů. Sause řekl, že v rámci UNA existují skupiny, stejně jako spin-off společnosti, které nabízejí integraci senzorů a služby digitálního dvojčete. Dodal, že produkční síť umělé inteligence v Augsburgu si pro tento účel pronajala zařízení o rozloze 7 000 metrů čtverečních, „rozšiřuje vývojový plán společnosti CosiMo na velmi široký záběr, včetně propojených automatizačních buněk, kde průmysloví partneři umí umísťovat stroje, provozovat projekty a učit se, jak integrovat nová řešení AI.“
Carapappas řekl, že demonstrace dielektrického senzoru Meggitt v NCC byla jen prvním krokem v tom. „Nakonec chci sledovat své procesy a pracovní postupy a vkládat je do našeho ERP systému, abych předem věděl, které komponenty mám vyrábět, jaké lidi potřeba a jaké materiály objednat. Digitální automatizace se vyvíjí."
Vítejte v online SourceBooku, který odpovídá výročnímu tištěnému vydání průvodce SourceBook Composites Industry Buyer's Guide společnosti CompositesWorld.
Spirit AeroSystems implementuje Airbus Smart Design pro středový trup A350 a přední nosníky v Kingstonu, NC
Čas odeslání: 20. května 2022
