I jagten på bæredygtighed reducerer sensorer cyklustider, energiforbrug og spild, automatiserer processtyring i lukket kredsløb og øger viden, hvilket åbner op for nye muligheder for smart fremstilling og strukturer.#sensorer #sustainability #SHM
Sensorer til venstre (øverst til bund): varmeflux (TFX), in-mold dielektrikum (Lambient), ultralyd (University of Augsburg), engangsdielektrik (Synthesites) og mellem pennies og termoelementer Microwire (AvPro). Grafer (øverst, med uret): Collo dielektrisk konstant (CP) versus Collo ionisk viskositet (CIV), harpiksresistens versus tid (Synthesites) og digital model af caprolactam implanterede præforme ved hjælp af elektromagnetiske sensorer (CosiMo-projekt, DLR ZLP, University of Augsburg).
Efterhånden som den globale industri fortsætter med at komme ud af COVID-19-pandemien, er den skiftet til at prioritere bæredygtighed, hvilket kræver reduktion af spild og forbrug af ressourcer (såsom energi, vand og materialer). Som følge heraf skal produktionen blive mere effektiv og smartere .Men dette kræver information. For kompositter, hvor kommer disse data fra?
Som beskrevet i CW's 2020 Composites 4.0-serie af artikler, definerer de målinger, der er nødvendige for at forbedre delens kvalitet og produktion, og de sensorer, der er nødvendige for at opnå disse målinger, det første skridt i smart fremstilling. I løbet af 2020 og 2021 rapporterede CW om sensorer - dielektriske sensorer, varmefluxsensorer, fiberoptiske sensorer og berøringsfri sensorer, der bruger ultralyd og elektromagnetiske bølger – samt projekter, der demonstrerer deres egenskaber (se CW's online sensorindholdssæt). Denne artikel bygger på denne rapport ved at diskutere de sensorer, der bruges i komposit materialer, deres lovede fordele og udfordringer og det teknologiske landskab under udvikling. Det er bemærkelsesværdigt, at virksomheder, der er ved at fremstå som førende i kompositindustrien, allerede udforsker og navigerer i dette område.
Sensornetværk i CosiMo Et netværk af 74 sensorer – hvoraf 57 er ultralydssensorer udviklet ved University of Augsburg (vist til højre, lyseblå prikker i den øvre og nedre formhalvdel) – bruges til lågdemonstrator til T-RTM støbning af CosiMo-projekt til termoplastiske kompositbatterier. Billedkredit: CosiMo-projekt, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
Mål #1: Spar penge. CW's blog fra december 2021, "Custom Ultrasonic Sensors for Composite Process Optimization and Control", beskriver arbejdet på University of Augsburg (UNA, Augsburg, Tyskland) med at udvikle et netværk af 74 sensorer, der til CosiMo projekt til fremstilling af en EV batteridæksel demonstrator (kompositmaterialer i smart transport). Delen er fremstillet ved hjælp af termoplastisk harpikstransferstøbning (T-RTM), som polymeriserer caprolactam monomer in situ til en polyamid 6 (PA6) komposit.Markus Sause, professor hos UNA og leder af UNAs Artificial Intelligence (AI) Production Network i Augsburg, forklarer, hvorfor sensorer er så vigtige: ”Den største fordel, vi tilbyder, er visualiseringen af, hvad der sker inde i den sorte boks under behandlingen. I øjeblikket har de fleste producenter begrænsede systemer til at opnå dette. For eksempel bruger de meget simple eller specifikke sensorer, når de bruger harpiksinfusion til at lave store rumfartsdele. Hvis infusionsprocessen går galt, har du som udgangspunkt et stort stykke skrot. Men hvis du har en løsning til at forstå, hvad der gik galt i produktionsprocessen og hvorfor, kan du rette det og rette det, hvilket sparer dig for mange penge."
Termoelementer er et eksempel på en "simpel eller specifik sensor", der har været brugt i årtier til at overvåge temperaturen af kompositlaminater under autoklave- eller ovnhærdning. De bruges endda til at kontrollere temperaturen i ovne eller varmetæpper til at hærde kompositreparationsplastre vha. termiske bindere.Harpiksproducenter bruger en række forskellige sensorer i laboratoriet til at overvåge ændringer i harpiksviskositet over tid og temperatur for at udvikle hærdeformuleringer. Det, der imidlertid opstår, er et sensornetværk, der kan visualisere og kontrollere fremstillingsprocessen in situ baseret på flere parametre (f.eks. temperatur og tryk) og materialets tilstand (f.eks. viskositet, aggregering, krystallisation).
For eksempel bruger ultralydssensoren udviklet til CosiMo-projektet de samme principper som ultralydsinspektion, som er blevet grundpillen i ikke-destruktiv testning (NDI) af færdige kompositdele. Petros Karapapas, Principal Engineer hos Meggitt (Loughborough, UK), sagde: "Vores mål er at minimere den tid og arbejdskraft, der kræves til post-produktionsinspektion af fremtidige komponenter, efterhånden som vi bevæger os mod digital fremstilling." Materials Center (NCC, Bristol, UK) samarbejde om at demonstrere overvågningen af en Solvay (Alpharetta, GA, USA) EP 2400-ring under RTM ved hjælp af en lineær dielektrisk sensor udviklet ved Cranfield University (Cranfield, UK) Flow og hærdning af oxyresin til en 1,3 m lang, 0,8 m bred og 0,4 m dyb kompositskal til en varmeveksler til kommercielle flymotorer.“Da vi så på, hvordan man laver større enheder med højere produktivitet, havde vi ikke råd til at udføre alle de traditionelle efterbehandlingsinspektioner og tester på alle dele,” sagde Karapapas.” Lige nu laver vi testpaneler ved siden af disse RTM-dele og udfører derefter mekaniske tests for at validere hærdningscyklussen. Men med denne sensor er det ikke nødvendigt."
Collo-sonden er nedsænket i malingsblandebeholderen (grøn cirkel øverst) for at registrere, hvornår blandingen er færdig, hvilket sparer tid og energi. Billedkredit: ColloidTek Oy
"Vores mål er ikke at være endnu et laboratorieudstyr, men at fokusere på produktionssystemer," siger Matti Järveläinen, administrerende direktør og grundlægger af ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finland). CW-bloggen "Fingerprint Liquids for Composites" fra januar 2022 udforsker Collo's kombination af elektromagnetiske feltsensorer (EMF), signalbehandling og dataanalyse til at måle "fingeraftrykket" af enhver væske, såsom monomerer, harpikser eller klæbestoffer. "Det, vi tilbyder, er en ny teknologi, der giver direkte feedback i realtid, så du kan bedre forstå, hvordan din proces rent faktisk fungerer, og reagere, når tingene går galt," siger Järveläinen. "Vores sensorer konverterer realtidsdata til forståelige og handlingsrettede fysiske størrelser, såsom rheologisk viskositet, som tillader procesoptimering. Du kan for eksempel forkorte blandingstiderne, fordi du tydeligt kan se, hvornår blandingen er færdig. Derfor kan du øge produktiviteten, spare energi og reducere skrot sammenlignet med mindre optimeret behandling."
Mål #2: Forøg procesviden og visualisering. For processer som aggregering siger Järveläinen: "Du ser ikke meget information fra blot et øjebliksbillede. Du tager bare en prøve og går ind i laboratoriet og ser på, hvordan det var for minutter eller timer siden. Det er som at køre på motorvejen, hver time Åbn dine øjne et minut og prøv at forudsige, hvor vejen går hen.” Sause er enig og bemærker, at sensornetværket udviklet i CosiMo "hjælper os med at få et komplet billede af processen og materielle adfærd. Vi kan se lokale effekter i processen, som reaktion på variationer i deltykkelse eller integrerede materialer såsom skumkerne. Det, vi forsøger at gøre, er at give information om, hvad der rent faktisk sker i formen. Dette giver os mulighed for at bestemme forskellige informationer såsom formen af flowfronten, ankomsten af hver deltid og graden af aggregering ved hver sensorplacering."
Collo samarbejder med producenter af epoxyklæbemidler, maling og endda øl for at skabe procesprofiler for hver produceret batch. Nu kan hver producent se dynamikken i deres proces og indstille mere optimerede parametre med advarsler om at gribe ind, når batches er ude af specifikation. Dette hjælper stabilisere og forbedre kvaliteten.
Video af flowfronten i en CosiMo-del (injektionsindgangen er den hvide prik i midten) som funktion af tid, baseret på måledata fra et in-mold sensornetværk. Billedkredit: CosiMo-projekt, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
"Jeg vil gerne vide, hvad der sker under fremstilling af dele, ikke åbne kassen og se, hvad der sker bagefter," siger Meggitts Karapapas. for at verificere hærdningen af harpiksen." Brug af alle seks typer sensorer beskrevet nedenfor (ikke en udtømmende liste, kun et lille udvalg, også leverandører), kan overvåge hærdning/polymerisation og harpiksflow. Nogle sensorer har yderligere muligheder, og kombinerede sensortyper kan udvide sporings- og visualiseringsmulighederne under kompositstøbning. Dette blev demonstreret under CosiMo, som brugte ultralyds-, dielektriske og piezoresistive in-mode-sensorer til temperatur- og trykmålinger af Kistler (Winterthur, Schweiz).
Mål #3: Reducer cyklustiden. Collo-sensorer kan måle ensartetheden af todelt hurtighærdende epoxy, da dele A og B blandes og injiceres under RTM og på alle steder i formen, hvor sådanne sensorer er placeret. Dette kunne hjælpe med at muliggøre hurtigere hærdeharpikser til applikationer som Urban Air Mobility (UAM), som ville give hurtigere hærdecyklusser sammenlignet med nuværende en-delt epoxy såsom RTM6.
Collo-sensorer kan også overvåge og visualisere epoxy, der afgasses, injiceres og hærdes, og når hver proces er færdig. Efterbehandling af hærdning og andre processer baseret på den faktiske tilstand af det materiale, der behandles (i forhold til traditionelle tids- og temperaturopskrifter), kaldes materialetilstandsstyring (MSM). Virksomheder som AvPro (Norman, Oklahoma, USA) har forfulgt MSM i årtier for at spore ændringer i delmaterialer og processer, da det forfølger specifikke mål for glasovergangstemperatur (Tg), viskositet, polymerisation og/eller krystallisation . For eksempel blev et netværk af sensorer og digital analyse i CosiMo brugt til at bestemme den minimale tid, der kræves for at opvarme RTM-pressen og formen, og fandt ud af, at 96 % af den maksimale polymerisation blev opnået på 4,5 minutter.
Leverandører af dielektriske sensorer såsom Lambient Technologies (Cambridge, MA, USA), Netzsch (Selb, Tyskland) og Synthesites (Uccle, Belgien) har også demonstreret deres evne til at reducere cyklustider. Synthesites' R&D-projekt med kompositproducenterne Hutchinson (Paris, Frankrig) ) og Bombardier Belfast (nu Spirit AeroSystems (Belfast, Irland)) rapporterer, at baseret på realtidsmålinger af harpiksmodstand og temperatur, konverterer dens Optimold dataopsamlingsenhed og Optiview Software til estimeret viskositet og Tg.“Producenter kan se Tg. i realtid, så de kan beslutte, hvornår de vil stoppe hærdningscyklussen,” forklarer Nikos Pantelelis, direktør for Synthesites.“De behøver ikke vente på at gennemføre en overførselscyklus, der er længere end nødvendigt. For eksempel er den traditionelle cyklus for RTM6 en 2-timers fuld kur ved 180°C. Vi har set, at dette kan forkortes til 70 minutter i nogle geometrier. Dette blev også demonstreret i INNOTOOL 4.0-projektet (se "Accelerering af RTM med varmefluxsensorer"), hvor brugen af en varmefluxsensor forkortede RTM6-hærdningscyklussen fra 120 minutter til 90 minutter.
Mål #4: Lukket sløjfekontrol af adaptive processer. For CosiMo-projektet er det ultimative mål at automatisere lukket sløjfekontrol under produktionen af sammensatte dele. Dette er også målet for ZAero- og iComposite 4.0-projekterne rapporteret af CW i 2020 (30-50 % omkostningsreduktion). Bemærk, at disse involverer forskellige processer – automatiseret placering af prepreg-tape (ZAero) og fiberspray-præformning sammenlignet med højtryks-T-RTM i CosiMo for RTM med hurtighærdende epoxy (iComposite 4.0). af disse projekter bruger sensorer med digitale modeller og algoritmer til at simulere processen og forudsige resultatet af den færdige del.
Proceskontrol kan opfattes som en række trin, forklarede Sause. Det første trin er at integrere sensorer og procesudstyr, sagde han, "for at visualisere, hvad der foregår i den sorte boks og de parametre, der skal bruges. De andre få trin, måske halvdelen af kontrol med lukket sløjfe, er at kunne trykke på stopknappen for at gribe ind, justere processen og forhindre afviste dele. Som et sidste trin kan du udvikle en digital tvilling, som kan automatiseres, men som også kræver investering i maskinlæringsmetoder.” I CosiMo gør denne investering det muligt for sensorer at føre data ind i den digitale tvilling. Edge-analyse (beregninger udført ved kanten af produktionslinjen versus beregninger fra et centralt datalager) bruges derefter til at forudsige flowfrontdynamik, fibervolumenindhold pr. tekstilpræform og potentielle tørre pletter."Ideelt set kan du etablere indstillinger for at aktivere lukket sløjfekontrol og tuning i processen," sagde Sause. "Disse vil omfatte parametre som injektionstryk, formtryk og temperatur. Du kan også bruge disse oplysninger til at optimere dit materiale."
I den forbindelse bruger virksomheder sensorer til at automatisere processer. For eksempel arbejder Synthesites sammen med sine kunder om at integrere sensorer med udstyr til at lukke harpiksindløbet, når infusionen er færdig, eller tænde for varmepressen, når målhærdningen er opnået.
Järveläinen bemærker, at for at afgøre, hvilken sensor der er bedst til hvert brugstilfælde, "skal du forstå, hvilke ændringer i materialet og processen, du vil overvåge, og så skal du have en analysator." En analysator indhenter de data, der er indsamlet af en interrogator eller dataindsamlingsenhed. rå data og konverter dem til informationer, der kan bruges af producenten." Du ser faktisk mange virksomheder, der integrerer sensorer, men så gør de ikke noget med dataene," sagde Sause. Det, der er nødvendigt, forklarede han, er "et system af dataopsamling, samt en datalagringsarkitektur for at kunne behandle dataene.”
"Slutbrugere vil ikke bare se rå data," siger Järveläinen. De vil gerne vide, 'Er processen optimeret?'" Hvornår kan næste skridt tages?" For at gøre dette skal du kombinere flere sensorer til analyse, og brug derefter maskinlæring til at fremskynde processen." Denne kantanalyse og maskinlæringstilgang, der bruges af Collo og CosiMo-teamet, kan opnås gennem viskositetskort, numeriske modeller af resinflowfronten og evnen til i sidste ende at kontrollere procesparametre og maskineri visualiseres.
Optimold er en analysator udviklet af Synthesites til dets dielektriske sensorer. Styret af Synthesites' Optiview-software bruger Optimold-enheden temperatur- og harpiksresistensmålinger til at beregne og vise realtidsgrafer for at overvåge harpiksstatus inklusive blandingsforhold, kemisk ældning, viskositet, Tg og hærdningsgrad.Den kan bruges i prepreg- og væskeformningsprocesser.En separat enhed Optiflow bruges til flowovervågning.Synthesites har også udviklet en hærdningssimulator, der ikke kræver en hærdningssensor i formen eller delen, men i stedet bruger en temperatursensor og prøver af harpiks/prepreg i denne analysator. "Vi bruger denne avancerede metode til infusion og klæbemiddelhærdning til produktion af vindmøllevinger," siger Nikos Pantelelis, direktør for Synthesites.
Synthesites proceskontrolsystemer integrerer sensorer, Optiflow og/eller Optimold dataindsamlingsenheder og OptiView og/eller Online Resin Status (ORS) software. Billedkredit: Synthesites, redigeret af The CW
Derfor har de fleste sensorleverandører udviklet deres egne analysatorer, nogle ved hjælp af maskinlæring og nogle ikke. Men kompositproducenter kan også udvikle deres egne brugerdefinerede systemer eller købe standardinstrumenter og modificere dem, så de opfylder specifikke behov. Analysatorens kapacitet er imidlertid kun én faktor at overveje. Der er mange andre.
Kontakt er også en vigtig overvejelse, når man skal vælge, hvilken sensor der skal bruges. Sensoren skal muligvis være i kontakt med materialet, interrogatoren eller begge dele. For eksempel kan varmeflux- og ultralydssensorer indsættes i en RTM-form 1-20 mm fra overfladen – nøjagtig overvågning kræver ikke kontakt med materialet i formen. Ultralydssensorer kan også udspørge dele i forskellige dybder afhængigt af den anvendte frekvens. Collo elektromagnetiske sensorer kan også aflæse dybden af væsker eller dele – 2-10 cm, afhængigt af på hyppigheden af forespørgsler – og gennem ikke-metalliske beholdere eller værktøj i kontakt med harpiksen.
Imidlertid er magnetiske mikrotråde (se "Berøringsfri overvågning af temperatur og tryk inde i kompositter") i øjeblikket de eneste sensorer, der er i stand til at interrogere kompositter i en afstand på 10 cm. Det skyldes, at den bruger elektromagnetisk induktion til at fremkalde en reaktion fra sensoren, hvilket er indlejret i kompositmaterialet.AvPros ThermoPulse-mikrotrådssensor, der er indlejret i det klæbende bindingslag, er blevet interrogeret gennem et 25 mm tykt kulfiberlaminat for at måle temperaturen under bindingsprocessen. Da mikrotrådene har en behåret diameter på 3-70 mikron, de påvirker ikke komposit- eller bondline-ydelsen. Ved lidt større diametre på 100-200 mikron kan fiberoptiske sensorer også indlejres uden at forringe strukturelle egenskaber. Men fordi de bruger lys til at måle, skal fiberoptiske sensorer have en kablet forbindelse til interrogator. Ligeledes, da dielektriske sensorer bruger spænding til at måle harpiksegenskaber, skal de også tilsluttes en interrogator, og de fleste skal også være i kontakt med den harpiks, de overvåger.
Collo Probe-sensoren (øverst) kan nedsænkes i væsker, mens Collo-pladen (nederst) er installeret i væggen af en beholder/blandebeholder eller procesrør/tilførselsledning. Billedkredit: ColloidTek Oy
Sensorens temperaturkapacitet er en anden vigtig overvejelse. For eksempel fungerer de fleste hyldevare-ultralydssensorer typisk ved temperaturer op til 150°C, men dele i CosiMo skal dannes ved temperaturer over 200°C. Derfor skal UNA måtte designe en ultralydssensor med denne kapacitet. Lambients dielektriske engangssensorer kan bruges på deloverflader op til 350°C, og dens genanvendelige in-mold-sensorer kan bruges op til 250°C.RVmagnetics (Kosice, Slovakiet) har udviklet dens mikrotrådssensor til kompositmaterialer, der kan modstå hærdning ved 500°C. Mens selve Collo-sensorteknologien ikke har nogen teoretisk temperaturgrænse, er det hærdede glasskjold til Collo-pladen og det nye polyetheretherketon (PEEK)-hus til Collo-sonden begge testet til kontinuerlig drift ved 150°C, ifølge Järveläinen. I mellemtiden brugte PhotonFirst (Alkmaar, Holland) en polyimidbelægning til at give en driftstemperatur på 350°C for sin fiberoptiske sensor til SuCoHS-projektet, for en bæredygtig og omkostnings- effektiv højtemperaturkomposit.
En anden faktor at overveje, især ved installation, er, om sensoren måler på et enkelt punkt eller er en lineær sensor med flere sensorpunkter. For eksempel kan Com&Sens (Eke, Belgien) fiberoptiske sensorer være op til 100 meter lange og have op. til 40 fiber Bragg gitter (FBG) sensorpunkter med en minimumsafstand på 1 cm. Disse sensorer er blevet brugt til strukturel sundhedsovervågning (SHM) af 66 meter lange kompositbroer og overvågning af harpiksflow under infusion af store brodæk. Installation individuelle punktsensorer til et sådant projekt ville kræve et stort antal sensorer og meget installationstid.NCC og Cranfield University hævder lignende fordele for deres lineære dielektriske sensorer. Sammenlignet med enkeltpunkts dielektriske sensorer, der tilbydes af Lambient, Netzsch og Synthesites, " Med vores lineære sensor kan vi overvåge harpiksstrømmen kontinuerligt langs længden, hvilket reducerer antallet af nødvendige sensorer i delen eller værktøjet markant."
AFP NLR til fiberoptiske sensorer En speciel enhed er integreret i den 8. kanal på Coriolis AFP-hovedet for at placere fire fiberoptiske sensorarrays i et kulfiberforstærket komposittestpanel med høj temperatur. Billedkredit: SuCoHS Project, NLR
Lineære sensorer hjælper også med at automatisere installationer. I SuCoHS-projektet udviklede Royal NLR (Dutch Aerospace Centre, Marknesse) en speciel enhed integreret i den 8. kanal Automated Fiber Placement (AFP) leder af Coriolis Composites (Queven, Frankrig) for at integrere fire arrays ( separate fiberoptiske linjer), hver med 5 til 6 FBG-sensorer (PhotonFirst tilbyder i alt 23 sensorer), i kulfiber-testpaneler.RVmagnetics har placeret sine mikrotrådssensorer i pultruderet GFRP-armeringsjern.” Ledningerne er diskontinuerlige [1-4 cm lang for de fleste kompositmikrotråde], men placeres automatisk kontinuerligt, når armeringsjernet produceres,” sagde Ratislav Varga, medstifter af RVmagnetics. "Du har en mikrowire med en 1 km mikrowire. spoler af filament og tilfør det ind i armeringsjernsproduktionsfaciliteten uden at ændre den måde, armeringsjernet er fremstillet på." I mellemtiden arbejder Com&Sens på automatiseret teknologi til at indlejre fiberoptiske sensorer under filamentviklingsprocessen i trykbeholdere.
På grund af dens evne til at lede elektricitet kan kulfiber give problemer med dielektriske sensorer. Dielektriske sensorer bruger to elektroder placeret tæt på hinanden."Hvis fibrene slår bro mellem elektroderne, kortslutter de sensoren," forklarer Lambients grundlægger Huan Lee. I dette tilfælde skal du bruge et filter." Filteret lader harpiksen passere sensorerne, men isolerer dem fra kulfiberen." Den lineære dielektriske sensor udviklet af Cranfield University og NCC bruger en anden tilgang, herunder to snoede par kobbertråde. Når der påføres en spænding, dannes et elektromagnetisk felt mellem ledningerne, som bruges til at måle harpiksimpedans. Ledningerne er coatede med en isolerende polymer, der ikke påvirker det elektriske felt, men forhindrer kulfiberen i at kortslutte.
Prisen er selvfølgelig også et problem. Com&Sens oplyser, at den gennemsnitlige pris pr. FBG-sensorpunkt er 50-125 euro, hvilket kan falde til omkring 25-35 euro, hvis det bruges i batcher (f.eks. for 100.000 trykbeholdere).(Dette er kun en brøkdel af den nuværende og forventede produktionskapacitet for komposittrykbeholdere, se CW's 2021-artikel om brint.) Meggitts Karapapas siger, at han har modtaget tilbud på fiberoptiske linjer med FBG-sensorer til et gennemsnit på £250/sensor (≈300€/sensor), interrogatoren er værd omkring 10.000 £ (€12.000)."Den lineære dielektriske sensor, vi testede, var mere som en belagt ledning, som du kan købe fra hylden," tilføjede han. "Interrogatoren, vi bruger," tilføjer Alex Skordos, læser ( seniorforsker) i Composites Process Science ved Cranfield University, "er en impedansanalysator, som er meget nøjagtig og koster mindst £30.000 [≈ €36.000], men NCC bruger en meget enklere interrogator, der grundlæggende består af hyldevare moduler fra det kommercielle firma Advise Deta [Bedford, Storbritannien]." Synthesites citerer €1.190 for in-mold-sensorer og €20 for engangs-/delsensorer. I EUR er Optiflow noteret til EUR 3.900 og Optimold til EUR 7.200, med stigende rabatter for flere analysatorenheder. Disse priser inkluderer Optiview-software og evt. nødvendig støtte, sagde Pantelelis og tilføjede, at vindvingeproducenter sparer 1,5 timer pr. cyklus, tilføjer vinger pr. linje pr. måned og reducerer energiforbruget med 20 procent, med et investeringsafkast på kun i fire måneder.
Virksomheder, der bruger sensorer, vil få en fordel, efterhånden som komposit 4.0 digital fremstilling udvikler sig. For eksempel, siger Grégoire Beauduin, direktør for forretningsudvikling hos Com&Sens, "Da trykbeholderproducenter forsøger at reducere vægt, materialeforbrug og omkostninger, kan de bruge vores sensorer til at retfærdiggøre deres design og overvåger produktionen, efterhånden som de når de krævede niveauer inden 2030. De samme sensorer, der bruges til at vurdere belastningsniveauer i lag under filamentvikling og hærdning, kan også overvåge tankens integritet under tusindvis af tankningscyklusser, forudsige nødvendig vedligeholdelse og gencertificere i slutningen af designet liv. Vi kan En digital tvillingdatapulje leveres til hver komposittrykbeholder, der produceres, og løsningen udvikles også til satellitter.”
Aktivering af digitale tvillinger og tråde Com&Sens arbejder sammen med en kompositproducent om at bruge sine fiberoptiske sensorer til at muliggøre digital datastrøm gennem design, produktion og service (til højre) for at understøtte digitale ID-kort, der understøtter den digitale tvilling af hver del (venstre) lavet. Billedkredit: Com&Sens og figur 1, "Engineering with Digital Threads" af V. Singh, K. Wilcox.
Sensordata understøtter således den digitale tvilling såvel som den digitale tråd, der spænder over design, produktion, serviceoperationer og forældelse. Når de analyseres ved hjælp af kunstig intelligens og maskinlæring, føres disse data tilbage til design og behandling, hvilket forbedrer ydeevne og bæredygtighed. har også ændret måden, hvorpå forsyningskæder arbejder sammen. For eksempel bruger klæbemiddelproducenten Kiilto (Tampere, Finland) Collo-sensorer til at hjælpe sine kunder med at kontrollere forholdet mellem komponenterne A, B osv. i deres multi-komponent klæbemiddelblandingsudstyr." kan nu justere sammensætningen af sine klæbemidler til individuelle kunder,” siger Järveläinen, “men det giver også Kiilto mulighed for at forstå, hvordan harpikser interagerer i kundernes processer, og hvordan kunder interagerer med deres produkter, hvilket ændrer, hvordan forsyningen laves. Kæder kan arbejde sammen."
OPTO-Light bruger Kistler-, Netzsch- og Synthesites-sensorer til at overvåge hærdning af termoplastiske overstøbte epoxy-CFRP-dele. Billedkredit: AZL
Sensorer understøtter også innovative nye materiale- og proceskombinationer. Beskrevet i CW's 2019-artikel om OPTO-Light-projektet (se "Thermoplastic Overmolding Thermosets, 2-Minute Cycle, One Battery"), bruger AZL Aachen (Aachen, Tyskland) en to-trins proces til vandret at komprimere en enkelt To (UD) kulfiber/epoxy prepreg, derefter overstøbt med 30% kort glasfiberforstærket PA6. Nøglen er kun delvist at hærde prepreg'en, så den resterende reaktivitet i epoxyen kan muliggøre binding til termoplasten .AZL bruger Optimold og Netzsch DEA288 Epsilon analysatorer med Synthesites og Netzsch dielektriske sensorer og Kistler in-mold sensorer og DataFlow software til at optimere sprøjtestøbning.” Du skal have en dyb forståelse af prepreg kompressionsstøbningsprocessen, fordi du skal sikre dig, at du forstå hærdningstilstanden for at opnå en god forbindelse til termoplastisk overstøbning,” forklarer AZL-forskningsingeniør Richard Schares. "I fremtiden kan processen være adaptiv og intelligent, procesrotation udløses af sensorsignaler."
Der er dog et grundlæggende problem, siger Järveläinen, "og det er kundernes manglende forståelse for, hvordan de kan integrere disse forskellige sensorer i deres processer. De fleste virksomheder har ikke sensoreksperter." I øjeblikket kræver vejen frem, at sensorproducenter og kunder udveksler information frem og tilbage. Organisationer som AZL, DLR (Augsburg, Tyskland) og NCC udvikler multisensorekspertise.Sause sagde, at der er grupper inden for UNA, såvel som spin-off virksomheder, der tilbyder sensorintegration og digitale tvillingetjenester. Han tilføjede, at Augsburg AI-produktionsnetværket har lejet en 7.000 kvadratmeter stor facilitet til dette formål, "hvilket udvider CosiMos udviklingsplan til et meget bredt område, herunder forbundne automationsceller, hvor industrielle partnere kan placere maskiner, køre projekter og lære at integrere nye AI-løsninger."
Carapappas sagde, at Meggitts dielektriske sensordemonstration på NCC kun var det første skridt i det. "I sidste ende vil jeg overvåge mine processer og arbejdsgange og føre dem ind i vores ERP-system, så jeg på forhånd ved, hvilke komponenter jeg skal fremstille, hvilke mennesker jeg behov og hvilke materialer der skal bestilles. Digital automatisering udvikler sig.”
Velkommen til online SourceBook, som svarer til CompositesWorlds årlige trykte udgave af SourceBook Composites Industry Buyer's Guide.
Spirit AeroSystems implementerer Airbus Smart Design til A350 Center Fuselage og Front Spars i Kingston, NC
Indlægstid: 20. maj 2022
