Італійський OEM і постачальник рівня 1 Leonardo співпрацював з відділом досліджень і розробок CETMA для розробки нових композитних матеріалів, машин і процесів, включаючи індукційне зварювання для консолідації термопластичних композитів на місці.#Тренд#чистий#ф-35
Leonardo Aerostructures, лідер у виробництві композитних матеріалів, виробляє цільні корпуси фюзеляжу для Boeing 787. Він працює з CETMA над розробкою нових технологій, включаючи безперервне пресування (CCM) і SQRTM (низ).Джерело |
Цей блог заснований на моєму інтерв’ю зі Стефано Корвалья, інженером з матеріалів, директором з досліджень і розробок і менеджером з інтелектуальної власності відділу конструкції літаків Leonardo (Гроттальє, Помільяно, Фоджа, виробничі потужності Нола, південна Італія), а також інтерв’ю з доктором Сільвіо Паппада, дослідником engineer and head.Проект співпраці CETMA (Бріндізі, Італія) та Leonardo.
Leonardo (Рим, Італія) є одним із найбільших світових гравців у галузі аерокосмічної, оборонної та безпеки з оборотом 13,8 мільярдів євро та понад 40 000 співробітників по всьому світу.Компанія надає комплексні рішення для повітряних, наземних, морських, космічних, мережевих і безпілотних систем по всьому світу.Інвестиції Leonardo в науково-дослідні розробки становлять приблизно 1,5 мільярда євро (11% доходу за 2019 рік), що займає друге місце в Європі та четверте місце у світі за інвестиціями в дослідження в аерокосмічній та оборонній сферах.
Leonardo Aerostructures виробляє цілісні композитні корпуси фюзеляжу для частин 44 і 46 Boeing 787 Dreamliner.Джерело |Леонардо
Leonardo, через свій відділ авіаційної конструкції, забезпечує основні світові програми цивільної авіації з виготовленням і складанням великих структурних компонентів з композитних і традиційних матеріалів, включаючи фюзеляж і хвостову частину.
Leonardo Aerostructures виробляє композитні горизонтальні стабілізатори для Boeing 787 Dreamliner.Джерело |Леонардо
Що стосується композиційних матеріалів, підрозділ аерокосмічних конструкцій Леонардо виробляє «цільні стволи» для центральних секцій 44 і 46 фюзеляжу Boeing 787 на заводі в Гроттальє та горизонтальних стабілізаторів на заводі у Фоджії, що становить приблизно 14% фюзеляжу 787.%.Виробництво інших композитних структурних виробів включає виготовлення та складання заднього крила комерційних літаків ATR та Airbus A220 на заводі у Фоджії.Foggia також виробляє композитні деталі для Boeing 767 і військових програм, включаючи Joint Strike Fighter F-35, винищувач Eurofighter Typhoon, військово-транспортний літак C-27J і Falco Xplorer, останній представник сімейства безпілотних літаків Falco. by Leonardo.
«Разом із CETMA ми займаємося багатьма видами діяльності, наприклад термопластичними композитами та формуванням за допомогою смол (RTM), — сказав Корвалья.«Наша мета — підготувати науково-дослідну діяльність до виробництва в найкоротші терміни.У нашому відділі (дослідження та розробки та управління інтелектуальною власністю) ми також шукаємо революційні технології з нижчим рівнем TRL (рівень технічної готовності, тобто нижчий рівень TRL лише зароджується і знаходиться далі від виробництва), але ми сподіваємося бути більш конкурентоспроможними та надавати допомогу клієнтам у всьому світі. світ».
Паппада додав: «З моменту наших спільних зусиль ми наполегливо працюємо над зменшенням витрат і впливу на навколишнє середовище.Ми виявили, що термопластичні композити (TPC) були зменшені порівняно з термореактивними матеріалами».
Корвалья зазначив: «Ми розробили ці технології разом із командою Сільвіо та створили кілька автоматизованих прототипів акумуляторів, щоб оцінити їх у виробництві».
«CCM є чудовим прикладом наших спільних зусиль», — сказав Паппада.«Леонардо ідентифікував певні компоненти, виготовлені з термореактивних композитних матеріалів.Разом ми досліджували технологію забезпечення цих компонентів у TPC, зосереджуючись на місцях, де є велика кількість деталей на літаку, таких як з’єднувальні конструкції та прості геометричні форми.
Деталі виготовляються за допомогою виробничої лінії безперервного пресування CETMA.Джерело |«CETMA: італійські інновації в галузі досліджень і розробок композитних матеріалів»
Він продовжив: «Нам потрібна нова технологія виробництва з низькою вартістю та високою продуктивністю».Він зазначив, що раніше при виготовленні одного компонента ТПК утворювалася велика кількість відходів.«Тож ми виготовили сітчасту форму на основі технології неізотермічного компресійного формування, але ми впровадили деякі інновації (заявка на патент) для зменшення відходів.Для цього ми розробили повністю автоматичну установку, а потім італійська компанія побудувала її для нас.«
За словами Паппади, установка може виробляти компоненти, розроблені Леонардо, «один компонент кожні 5 хвилин, працюючи 24 години на добу».Однак потім його команді довелося з’ясувати, як виготовляти преформи.Він пояснив: «Спочатку нам потрібен був процес плоского ламінування, оскільки на той час це було вузьким місцем».«Отже, наш процес почався з заготовки (плоского ламінату), а потім нагрівався в інфрачервоній (ІЧ) печі., А потім помістити в прес для формування.Плоскі ламінати зазвичай виготовляються за допомогою великих пресів, які вимагають 4-5 годин циклу.Ми вирішили вивчити новий метод, який може швидше виготовляти плоский ламінат.Тому в Leonardo за підтримки інженерів ми розробили високопродуктивну лінію виробництва CCM в CETMA.Ми скоротили час циклу 1 м на 1 м деталей до 15 хвилин.Важливо те, що це безперервний процес, тому ми можемо виробляти необмежену довжину».
Інфрачервоний тепловізор (IRT) на лінії прогресивного формування рулонів SPARE допомагає CETMA зрозуміти розподіл температури під час виробничого процесу та створити 3D-аналіз для перевірки комп’ютерної моделі під час процесу розробки CCM.Джерело |«CETMA: італійські інновації в галузі досліджень і розробок композитних матеріалів»
Паппада продовжив: «Наша технологія більш гнучка.Подібним чином CCM було розроблено 20 років тому, але про нього немає інформації, оскільки кілька компаній, які його використовують, не діляться знаннями та досвідом.Тому ми повинні починати з нуля, лише спираючись на наше розуміння композитних матеріалів і обробки».
«Зараз ми вивчаємо внутрішні плани та працюємо з клієнтами, щоб знайти компоненти цих нових технологій», — сказав Корвалья.«Ці частини, можливо, потребуватимуть переробки та перекваліфікації перед початком виробництва».чому«Мета полягає в тому, щоб зробити літак якомога легшим, але за конкурентоспроможною ціною.Тому ми також повинні оптимізувати товщину.Однак ми можемо виявити, що одна деталь може зменшити вагу або визначити кілька частин подібної форми, що може заощадити багато грошей».
«Тепер ми маємо дуже гнучку виробничу лінію CCM у CETMA», — сказав Паппада.«Тут ми можемо застосовувати різний тиск, якщо потрібно, щоб отримати складні форми.Лінійка продуктів, яку ми розроблятимемо разом з Leonardo, буде більше зосереджена на задоволенні конкретних необхідних компонентів.Ми вважаємо, що різні лінії CCM можна використовувати для плоских і L-подібних стрингерів замість більш складних форм.Таким чином, порівняно з великими пресами, які зараз використовуються для виготовлення складних геометричних деталей TPC, ми можемо знизити вартість обладнання».
CETMA використовує CCM для виготовлення стрингерів і панелей з односторонньої стрічки з вуглецевого волокна/PEKK, а потім використовує індукційне зварювання цього демонстратора пучка кіля, щоб з’єднати їх у проекті Clean Sky 2 KEELBEMAN, яким керує EURECAT.Джерело|«Реалізовано демонстратор для зварювання термопластичних кільових балок».
«Індукційне зварювання дуже цікаве для композитних матеріалів, оскільки температуру можна дуже добре регулювати та контролювати, нагрівання відбувається дуже швидко, а контроль дуже точний», — сказав Паппада.Стрічка використовує той самий основний матеріал, що й комерційна стрічка, але має іншу архітектуру для покращення електромагнітного нагріву.Оптимізуючи механічні властивості, ми також розглядаємо процес, щоб спробувати задовольнити різні вимоги, наприклад, як впоратися з ними рентабельно та ефективно за допомогою автоматизації».
Він зазначив, що важко досягти ISC за допомогою стрічки TPC з хорошою продуктивністю.«Для того, щоб використовувати його для промислового виробництва, ви повинні швидше нагрівати й охолоджувати, а також застосовувати тиск у дуже контрольований спосіб.Тому ми вирішили використовувати індукційне зварювання, щоб нагріти лише невелику ділянку, де матеріал з’єднується, а решта ламінатів залишаються холодними».Pappadà каже, що TRL для індукційного зварювання, яке використовується для складання, вище.«
Інтеграція на місці з використанням індукційного нагріву виглядає надзвичайно руйнівною – наразі жоден інший OEM чи постачальник не робить цього публічно.«Так, це може бути проривною технологією», — сказав Корвалья.«Ми подали заявку на отримання патентів на машину та матеріали.Наша мета - продукт, який можна порівняти з термореактивними композитними матеріалами.Багато людей намагаються використовувати TPC для AFP (автоматичного розміщення волокна), але другий крок потрібно поєднати.З точки зору геометрії, це велике обмеження з точки зору вартості, часу циклу та розміру деталей.Насправді ми можемо змінити спосіб виробництва аерокосмічних деталей».
Окрім термопластів, Леонардо продовжує досліджувати технологію RTM.«Це ще один напрямок, де ми співпрацюємо з CETMA, і нові розробки на основі старої технології (в даному випадку SQRTM) запатентовані.Кваліфіковане перенесення смол, спочатку розроблене Radius Engineering (Солт-Лейк-Сіті, Юта, США) (SQRTM).Корвалья сказав: «Важливо мати метод автоклавування (OOA), який дозволяє нам використовувати матеріали, які вже кваліфіковані.«Це також дозволяє нам використовувати препреги з добре відомими характеристиками та якістю.Ми використали цю технологію, щоб розробити, продемонструвати та подати заявку на патент на віконні рами літаків.«
Незважаючи на COVID-19, CETMA все ще обробляє програму Leonardo, тут показано використання SQRTM для виготовлення віконних конструкцій літаків для отримання бездефектних компонентів і прискорення попереднього формування порівняно з традиційною технологією RTM.Тому Leonardo може замінити складні металеві деталі сітчастими композитними деталями без подальшої обробки.Джерело |
Паппада зазначив: «Це також стара технологія, але якщо ви заходите в Інтернет, ви не можете знайти інформацію про цю технологію».І знову ми використовуємо аналітичні моделі для прогнозування та оптимізації параметрів процесу.За допомогою цієї технології ми можемо досягти хорошого розподілу смоли - без сухих ділянок або накопичення смоли - і майже нульової пористості.Оскільки ми можемо контролювати вміст волокон, ми можемо виробляти дуже високі структурні властивості, а технологію можна використовувати для виготовлення складних форм.Ми використовуємо ті самі матеріали, які відповідають вимогам автоклавного затвердіння, але використовуємо метод OOA, але ви також можете вирішити використовувати смолу швидкого затвердіння, щоб скоротити час циклу до кількох хвилин.«
«Навіть із поточним препрегом ми скоротили час затвердіння», — сказав Корвалья.«Наприклад, порівняно зі звичайним циклом автоклавування, який триває 8-10 годин, для таких деталей, як віконні рами, SQRTM можна використовувати протягом 3-4 годин.Тепло і тиск безпосередньо прикладаються до деталей, а нагрівальна маса менша.Крім того, нагрівання рідкої смоли в автоклаві відбувається швидше, ніж повітря, а якість деталей також чудова, що особливо корисно для складних форм.Жодної додаткової обробки, майже нуль пустот і відмінна якість поверхні, тому що в Control it знаходиться інструмент, а не вакуумний мішок.
Леонардо використовує різноманітні технології для інновацій.У зв’язку зі швидким розвитком технологій компанія вважає, що інвестиції в дослідження та розробки з високим рівнем ризику (низький TRL) є важливими для розробки нових технологій, необхідних для майбутніх продуктів, які перевищують можливості поступового (короткострокового) розвитку, якими вже володіють існуючі продукти. .Генеральний план досліджень і розробок Леонардо до 2030 року поєднує в собі таку комбінацію короткострокових і довгострокових стратегій, що є єдиним баченням сталої та конкурентоспроможної компанії.
У рамках цього плану він запустить Leonardo Labs, міжнародну мережу корпоративних науково-дослідних лабораторій, присвячену дослідженням та розробкам та інноваціям.До 2020 року компанія планує відкрити перші шість лабораторій Leonardo в Мілані, Турині, Генуї, Римі, Неаполі та Таранто, а також набирає 68 дослідників (наукових співробітників Leonardo), які мають навички в наступних галузях: 36 автономних інтелектуальних систем для позиції штучного інтелекту, 15 аналізу великих даних, 6 високопродуктивних обчислень, 4 електрифікації авіаційної платформи, 5 матеріалів і конструкцій і 2 квантових технологій.Лабораторія Леонардо зіграє роль інноваційного поста та творця технологій майбутнього Леонардо.
Варто зазначити, що технологія Leonardo, яка комерціалізована на літаках, також може бути застосована в його наземних і морських департаментах.Слідкуйте за новинами про Leonardo та його потенційний вплив на композитні матеріали.
Матриця зв’язує армований волокнами матеріал, надає композитному компоненту форму та визначає якість його поверхні.Композитна матриця може бути полімерною, керамічною, металевою або вуглецевою.Це посібник з вибору.
Для композитних застосувань ці порожнисті мікроструктури замінюють великий об’єм малою вагою та збільшують об’єм обробки та якість продукції.
Час публікації: 09 лютого 2021 р