Италианският OEM и Tier 1 доставчик Leonardo си сътрудничи с отдела за научноизследователска и развойна дейност CETMA за разработване на нови композитни материали, машини и процеси, включително индукционно заваряване за консолидиране на място на термопластични композити.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, лидер в производството на композитни материали, произвежда монолитни корпуси на фюзелажа за Boeing 787. Той работи с CETMA за разработване на нови технологии, включително формоване с непрекъснато компресиране (CCM) и SQRTM (отдолу).Технология на производство.Източник |Леонардо и CETMA
Този блог се основава на интервюто ми със Стефано Корвалия, инженер по материали, директор по научноизследователска и развойна дейност и мениджър по интелектуална собственост на отдела за конструкция на самолети на Леонардо (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola производствени съоръжения, Южна Италия), и интервю с д-р Силвио Папада, изследовател инженер и гл.Проект за сътрудничество между CETMA (Бриндизи, Италия) и Леонардо.
Leonardo (Рим, Италия) е един от големите световни играчи в аерокосмическата сфера, отбраната и сигурността, с оборот от 13,8 милиарда евро и повече от 40 000 служители по целия свят.Компанията предоставя цялостни решения за въздух, земя, море, космос, мрежи и сигурност, както и безпилотни системи по целия свят.Инвестициите на Leonardo в научноизследователска и развойна дейност възлизат на приблизително 1,5 милиарда евро (11% от приходите за 2019 г.), нареждайки се на второ място в Европа и четвърто в света по отношение на инвестициите в научни изследвания в областта на космическото пространство и отбраната.
Leonardo Aerostructures произвежда монолитни композитни корпуси на фюзелажа за части 44 и 46 на Boeing 787 Dreamliner.Източник |Леонардо
Leonardo, чрез своя отдел за авиационна структура, осигурява основните световни програми за граждански самолети с производството и сглобяването на големи структурни компоненти от композитни и традиционни материали, включително фюзелажа и опашката.
Leonardo Aerostructures произвежда композитни хоризонтални стабилизатори за Boeing 787 Dreamliner.Източник |Леонардо
По отношение на композитните материали отделът за аерокосмическа конструкция на Леонардо произвежда „цели от една част“ за централните секции 44 и 46 на фюзелажа на Boeing 787 в своя завод Grottaglie и хоризонталните стабилизатори в завода във Foggia, което представлява приблизително 14% от фюзелажа на 787.%.Производството на други продукти от композитни конструкции включва производство и сглобяване на задното крило на търговските самолети ATR и Airbus A220 в завода във Фоджа.Foggia също произвежда композитни части за Boeing 767 и военни програми, включително Joint Strike Fighter F-35, изтребителя Eurofighter Typhoon, военнотранспортния самолет C-27J и Falco Xplorer, най-новият член на фамилията безпилотни самолети Falco, произведени от Леонардо.
„Заедно с CETMA извършваме много дейности, като например термопластични композити и формоване с трансфер на смола (RTM)“, каза Корвалия.„Нашата цел е да подготвим научноизследователската и развойната дейност за производство във възможно най-кратки срокове.В нашия отдел (изследователска и развойна дейност и управление на интелектуалната собственост) ние също търсим революционни технологии с по-нисък TRL (ниво на техническа готовност – т.е. по-ниският TRL е в началото и е по-далеч от производството), но се надяваме да бъдем по-конкурентоспособни и да предоставяме помощ на клиентите около свят.”
Pappadà добави: „От съвместните ни усилия работим усилено за намаляване на разходите и въздействието върху околната среда.Открихме, че термопластичните композити (TPC) са намалени в сравнение с термореактивните материали.
Corvaglia посочи: „Разработихме тези технологии заедно с екипа на Силвио и създадохме някои автоматизирани прототипи на батерии, за да ги оценим в производството.“
„CCM е чудесен пример за нашите съвместни усилия“, каза Папада.„Леонардо е идентифицирал определени компоненти, направени от термореактивни композитни материали.Заедно проучихме технологията за предоставяне на тези компоненти в TPC, като се фокусирахме върху местата, където има голям брой части на самолета, като структури за снаждане и прости геометрични форми.Стойки.
Части, произведени с помощта на производствената линия за непрекъснато пресоване на CETMA.Източник |„CETMA: Италианска научноизследователска и развойна иновация за композитни материали“
Той продължи: „Имаме нужда от нова производствена технология с ниска цена и висока производителност.“Той посочи, че в миналото голямо количество отпадъци са били генерирани по време на производството на един компонент на TPC.„И така, ние създадохме мрежеста форма, базирана на неизотермична технология за формоване чрез компресия, но направихме някои нововъведения (предстоен патент), за да намалим отпадъците.Проектирахме напълно автоматичен модул за това, а след това италианска компания го построи за нас.“
Според Папада съоръжението може да произвежда компоненти, проектирани от Леонардо, „един компонент на всеки 5 минути, работещ 24 часа на ден“.След това обаче екипът му трябваше да разбере как да произведе заготовките.Той обясни: „В началото се нуждаехме от плосък процес на ламиниране, защото това беше тясното място по онова време.“„И така, нашият процес започна със заготовка (плосък ламинат) и след това го нагрехме в инфрачервена (IR) пещ., И след това поставете в пресата за формоване.Плоските ламинати обикновено се произвеждат с помощта на големи преси, които изискват 4-5 часа цикъл.Решихме да проучим нов метод, който може да произвежда плоски ламинати по-бързо.Затова в Leonardo С подкрепата на инженери разработихме високопроизводителна производствена линия CCM в CETMA.Намалихме времето на цикъл от 1m на 1m части до 15 минути.Важното е, че това е непрекъснат процес, така че можем да произвеждаме неограничена дължина.
Инфрачервената термична камера (IRT) в линията за прогресивно валцуване SPARE помага на CETMA да разбере разпределението на температурата по време на производствения процес и да генерира 3D анализ, за да провери компютърния модел по време на процеса на разработка на CCM.Източник |„CETMA: Италианска научноизследователска и развойна иновация за композитни материали“
Как обаче този нов продукт се сравнява с CCM, който Xperion (сега XELIS, Маркдорф, Германия) използва повече от десет години?Папада каза: „Разработихме аналитични и числени модели, които могат да предскажат дефекти като кухини.“„Ние си сътрудничихме с Леонардо и Университета на Саленто (Лече, Италия), за да разберем параметрите и тяхното въздействие върху качеството.Ние използваме тези модели, за да разработим тази нова CCM, където можем да имаме голяма дебелина, но също така можем да постигнем високо качество.С тези модели можем не само да оптимизираме температурата и налягането, но и да оптимизираме метода им на приложение.Можете да разработите много техники за равномерно разпределяне на температурата и налягането.Трябва обаче да разберем въздействието на тези фактори върху механичните свойства и растежа на дефектите на композитните структури.
Pappadà продължи: „Нашата технология е по-гъвкава.По подобен начин CCM е разработен преди 20 години, но няма информация за него, защото малкото компании, които го използват, не споделят знания и опит.Следователно трябва да започнем от нулата, само въз основа на нашето разбиране за композитни материали и обработка.
„Сега преминаваме през вътрешни планове и работим с клиенти, за да намерим компонентите на тези нови технологии“, каза Корвалия.„Може да се наложи тези части да бъдат преработени и преквалифицирани, преди да започне производството.“Защо?„Целта е да направим самолета възможно най-лек, но на конкурентна цена.Следователно трябва да оптимизираме и дебелината.Въпреки това може да открием, че една част може да намали теглото или да идентифицира множество части с подобни форми, което може да спести много пари."
Той повтори, че досега тази технология е била в ръцете на няколко души.„Но ние разработихме алтернативни технологии за автоматизиране на тези процеси чрез добавяне на по-модерни пресови форми.Поставяме плосък ламинат и след това изваждаме част от него, готова за употреба.Ние сме в процес на редизайн на части и разработване на плоски или профилни части.Етапът на CCM.
„Сега имаме много гъвкава производствена линия за CCM в CETMA“, каза Папада.„Тук можем да прилагаме различен натиск според нуждите за постигане на сложни форми.Продуктовата линия, която ще разработим заедно с Leonardo, ще бъде по-фокусирана върху удовлетворяването на нейните специфични задължителни компоненти.Вярваме, че различни CCM линии могат да се използват за плоски и L-образни стрингери вместо по-сложни форми.По този начин, в сравнение с големите преси, използвани в момента за производство на сложни геометрични TPC части, можем да направим разходите за оборудване да бъдат ниски.”
CETMA използва CCM за производство на стрингери и панели от въглеродни влакна/PEKK еднопосочна лента и след това използва индукционно заваряване на този демонстратор на сноп кил, за да ги свърже в проекта Clean Sky 2 KEELBEMAN, управляван от EURECAT.Източник|„Реализиран е демонстратор за заваряване на термопластични килови греди.“
„Индукционното заваряване е много интересно за композитни материали, тъй като температурата може да се регулира и контролира много добре, нагряването е много бързо и управлението е много прецизно“, каза Папада.„Заедно с Leonardo разработихме индукционно заваряване за свързване на TPC компоненти.Но сега обмисляме използването на индукционно заваряване за консолидиране на място (ISC) на TPC лента.За тази цел разработихме нова лента от въглеродни влакна, която може да се нагрее много бързо чрез индукционно заваряване с помощта на специална машина.Лентата използва същия основен материал като търговската лента, но има различна архитектура за подобряване на електромагнитното нагряване.Докато оптимизираме механичните свойства, ние също обмисляме процеса, за да се опитаме да отговорим на различни изисквания, като например как да се справим с тях рентабилно и ефикасно чрез автоматизация.“
Той посочи, че е трудно да се постигне ISC с TPC лента с добра производителност.„За да го използвате за промишлено производство, трябва да нагрявате и охлаждате по-бързо и да прилагате налягане по много контролиран начин.Затова решихме да използваме индукционно заваряване, за да загреем само малка площ, където материалът се консолидира, а останалите ламинати се поддържат студени.“Pappadà казва, че TRL за индукционно заваряване, използвано за сглобяване, е по-високо.“
Интегрирането на място с помощта на индукционно нагряване изглежда изключително разрушително - в момента никой друг OEM или доставчик на ниво не прави това публично.„Да, това може да е разрушителна технология“, каза Корвалия.„Кандидатствахме за патенти за машината и материалите.Нашата цел е продукт, сравним с термореактивните композитни материали.Много хора се опитват да използват TPC за AFP (автоматично поставяне на влакна), но втората стъпка трябва да се комбинира.По отношение на геометрията, това е голямо ограничение по отношение на разходите, времето на цикъла и размера на детайла.Всъщност може да променим начина, по който произвеждаме аерокосмически части.“
В допълнение към термопластите, Леонардо продължава да изследва RTM технологията.„Това е друга област, в която си сътрудничим с CETMA, и новите разработки, базирани на старата технология (в случая SQRTM), са патентовани.Квалифицирано формоване с трансфер на смола, първоначално разработено от Radius Engineering (Солт Лейк Сити, Юта, САЩ) (SQRTM).Corvaglia каза: „Важно е да имаме метод на автоклав (OOA), който ни позволява да използваме материали, които вече са квалифицирани.„Това също ни позволява да използваме препреги с добре познати характеристики и качества.Използвахме тази технология, за да проектираме, демонстрираме и кандидатстваме за патент за рамки за прозорци на самолети.“
Въпреки COVID-19, CETMA все още обработва програмата Leonardo, тук е показано използването на SQRTM за създаване на конструкции за прозорци на самолети за постигане на компоненти без дефекти и ускоряване на предварителното формоване в сравнение с традиционната RTM технология.Следователно Леонардо може да замени сложни метални части с мрежести композитни части без допълнителна обработка.Източник |CETMA, Леонардо.
Pappadà посочи: „Това също е по-стара технология, но ако отидете онлайн, не можете да намерите информация за тази технология.“Още веднъж използваме аналитични модели за прогнозиране и оптимизиране на параметрите на процеса.С тази технология можем да постигнем добро разпределение на смолата - без сухи зони или натрупване на смола - и почти нулева порьозност.Тъй като можем да контролираме съдържанието на влакна, можем да произвеждаме много високи структурни свойства и технологията може да се използва за производство на сложни форми.Ние използваме същите материали, които отговарят на изискванията за втвърдяване в автоклав, но използваме метода OOA, но можете също да решите да използвате бързо втвърдяваща се смола, за да съкратите времето на цикъла до няколко минути.“
„Дори с настоящия препрег намалихме времето за втвърдяване“, каза Корвалия.„Например, в сравнение с нормален цикъл на автоклав от 8-10 часа, за части като рамки на прозорци, SQRTM може да се използва за 3-4 часа.Топлината и налягането се прилагат директно към частите и нагряващата маса е по-малка.В допълнение, нагряването на течната смола в автоклава е по-бързо от въздуха, а качеството на частите също е отлично, което е особено полезно за сложни форми.Без преработка, почти нулеви празнини и отлично качество на повърхността, защото инструментът е в Control it, а не в торбичката за прахосмукачка.
Леонардо използва различни технологии за иновации.Поради бързото развитие на технологиите, той вярва, че инвестициите във високорискова научноизследователска и развойна дейност (нисък TRL) са от съществено значение за разработването на нови технологии, необходими за бъдещи продукти, което надхвърля инкременталните (краткосрочни) възможности за развитие, които съществуващите продукти вече притежават .Главният план за научноизследователска и развойна дейност на Леонардо за 2030 г. съчетава такава комбинация от краткосрочни и дългосрочни стратегии, което е единна визия за устойчива и конкурентоспособна компания.
Като част от този план, тя ще стартира Leonardo Labs, международна корпоративна мрежа от лаборатории за научноизследователска и развойна дейност, посветена на научноизследователска и развойна дейност и иновации.До 2020 г. компанията ще се стреми да отвори първите шест лаборатории на Леонардо в Милано, Торино, Генуа, Рим, Неапол и Таранто и набира 68 изследователи (научни сътрудници на Леонардо) с умения в следните области: 36 автономни интелигентни системи за позиции за изкуствен интелект, 15 анализи на големи данни, 6 високопроизводителни изчисления, 4 електрификация на авиационни платформи, 5 материали и структури и 2 квантови технологии.Лабораторията Леонардо ще играе ролята на иновационен пост и създател на бъдещата технология на Леонардо.
Струва си да се отбележи, че технологията на Леонардо, комерсиализирана на самолети, може да бъде приложена и в сухопътните и морските отдели.Очаквайте още новини относно Леонардо и потенциалното му въздействие върху композитните материали.
Матрицата свързва подсиления с влакна материал, придава формата на композитния компонент и определя качеството на повърхността му.Композитната матрица може да бъде полимерна, керамична, метална или въглеродна.Това е ръководство за избор.
За композитни приложения тези кухи микроструктури заместват много обем с ниско тегло и увеличават обема на обработка и качеството на продукта.
Време на публикуване: 09 февруари 2021 г