Den italienske OEM og Tier 1-leverandør Leonardo samarbejdede med CETMA R&D-afdelingen om at udvikle nye kompositmaterialer, maskiner og processer, herunder induktionssvejsning til on-site konsolidering af termoplastiske kompositter.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, der er førende inden for produktion af kompositmaterialer, producerer et stykke skrogtønder til Boeing 787. Det samarbejder med CETMA om at udvikle nye teknologier, herunder kontinuerlig kompressionsstøbning (CCM) og SQRTM (nederst).Produktionsteknologi.Kilde |Leonardo og CETMA
Denne blog er baseret på mit interview med Stefano Corvaglia, materialeingeniør, R&D-direktør og intellektuel ejendomsadministrator for Leonardos flystrukturafdeling (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola produktionsfaciliteter, det sydlige Italien), og et interview med Dr. Silvio Pappadà, research ingeniør og leder.Samarbejdsprojekt mellem CETMA (Brindisi, Italien) og Leonardo.
Leonardo (Rom, Italien) er en af verdens største aktører inden for rumfart, forsvar og sikkerhed med en omsætning på 13,8 milliarder euro og mere end 40.000 ansatte på verdensplan.Virksomheden leverer omfattende løsninger til luft, land, hav, rum, netværk og sikkerhed og ubemandede systemer verden over.Leonardos R&D-investering er på cirka 1,5 milliarder euro (11 % af 2019-omsætningen), og ligger på andenpladsen i Europa og på fjerdepladsen i verden med hensyn til forskningsinvesteringer inden for rumfarts- og forsvarsområdet.
Leonardo Aerostructures producerer et stykke sammensatte skrogtønder til dele 44 og 46 af Boeing 787 Dreamliner.Kilde |Leonardo
Leonardo leverer gennem sin luftfartsstrukturafdeling verdens største civile flyprogrammer med fremstilling og samling af store strukturelle komponenter af kompositmaterialer og traditionelle materialer, herunder skrog og hale.
Leonardo Aerostructures producerer sammensatte horisontale stabilisatorer til Boeing 787 Dreamliner.Kilde |Leonardo
Med hensyn til kompositmaterialer producerer Leonardos Aerospace Structure Division "tønder i ét stykke" til Boeing 787's centrale skrogsektioner 44 og 46 på dens Grottaglie-fabrik og de horisontale stabilisatorer på dens Foggia-fabrik, der tegner sig for cirka 14% af 787-kroppen.%.Produktionen af andre sammensatte strukturprodukter omfatter fremstilling og samling af bagvingen af ATR og Airbus A220 kommercielle fly på Foggia-fabrikken.Foggia producerer også kompositdele til Boeing 767 og militærprogrammer, herunder Joint Strike Fighter F-35, Eurofighter Typhoon jagerflyet, C-27J militærtransportflyet og Falco Xplorer, det seneste medlem af Falcos ubemandede flyfamilie produceret af Leonardo.
"Sammen med CETMA laver vi mange aktiviteter, såsom i termoplastiske kompositter og harpikstransferstøbning (RTM)," sagde Corvaglia.”Vores mål er at forberede R&D-aktiviteter til produktion på kortest mulig tid.I vores afdeling (R&D og IP-styring) søger vi også disruptive teknologier med lavere TRL (teknisk beredskabsniveau, dvs. Den lavere TRL er begyndende og længere væk fra produktionen), men vi håber at være mere konkurrencedygtige og yde hjælp til kunder omkring verden."
Pappadà tilføjede: "Siden vores fælles indsats har vi arbejdet hårdt på at reducere omkostninger og miljøpåvirkning.Vi har fundet ud af, at termoplastiske kompositter (TPC) er blevet reduceret sammenlignet med termohærdende materialer."
Corvaglia påpegede: "Vi udviklede disse teknologier sammen med Silvios team og byggede nogle automatiserede batteriprototyper for at evaluere dem i produktionen."
"CCM er et godt eksempel på vores fælles indsats," sagde Pappadà."Leonardo har identificeret visse komponenter lavet af termohærdende kompositmaterialer.Sammen udforskede vi teknologien til at levere disse komponenter i TPC, med fokus på de steder, hvor der er et stort antal dele på flyet, såsom splejsningsstrukturer og simple geometriske former.Stolper."
Dele fremstillet ved hjælp af CETMAs kontinuerlige kompressionsstøbningsproduktionslinje.Kilde |"CETMA: italienske kompositmaterialer R&D Innovation"
Han fortsatte: "Vi har brug for en ny produktionsteknologi med lave omkostninger og høj produktivitet."Han påpegede, at der tidligere blev genereret en stor mængde affald under fremstillingen af en enkelt TPC-komponent."Så vi producerede en mesh-form baseret på ikke-isotermisk kompressionsstøbningsteknologi, men vi lavede nogle innovationer (patentanmeldte) for at reducere spild.Vi designede en fuldautomatisk enhed til dette, og så byggede et italiensk firma den til os.“
Ifølge Pappadà kan enheden producere komponenter designet af Leonardo, "en komponent hvert 5. minut, der arbejder 24 timer i døgnet."Men hans team skulle derefter finde ud af, hvordan de skulle fremstille præformene.Han forklarede: "I begyndelsen havde vi brug for en flad lamineringsproces, fordi dette var flaskehalsen på det tidspunkt.""Så vores proces startede med et emne (fladt laminat) og opvarmede det derefter i en infrarød (IR) ovn., Og derefter sat i pressen til formning.Flade laminater fremstilles normalt ved hjælp af store presser, som kræver 4-5 timers cyklustid.Vi besluttede at studere en ny metode, der kan producere flade laminater hurtigere.Derfor udviklede vi i Leonardo Med støtte fra ingeniører en højproduktiv CCM-produktionslinje i CETMA.Vi reducerede cyklustiden på 1m med 1m dele til 15 minutter.Det, der er vigtigt, er, at dette er en kontinuerlig proces, så vi kan producere ubegrænset længde.”
Det infrarøde termiske billedkamera (IRT) i SPAREs progressive rulleformningslinje hjælper CETMA med at forstå temperaturfordelingen under produktionsprocessen og generere 3D-analyse for at verificere computermodellen under CCM-udviklingsprocessen.Kilde |"CETMA: italienske kompositmaterialer R&D Innovation"
Men hvordan er dette nye produkt sammenlignet med den CCM, som Xperion (nu XELIS, Markdorf, Tyskland) har brugt i mere end ti år?Pappadà sagde: "Vi har udviklet analytiske og numeriske modeller, der kan forudsige defekter såsom hulrum.""Vi har samarbejdet med Leonardo og University of Salento (Lecce, Italien) for at forstå parametrene og deres indflydelse på kvaliteten.Disse modeller bruger vi til at udvikle denne nye CCM, hvor vi kan have en høj tykkelse, men også kan opnå høj kvalitet.Med disse modeller kan vi ikke kun optimere temperatur og tryk, men også optimere deres påføringsmetode.Du kan udvikle mange teknikker til at fordele temperatur og tryk jævnt.Men vi er nødt til at forstå indvirkningen af disse faktorer på de mekaniske egenskaber og defektvækst af kompositstrukturer."
Pappadà fortsatte: "Vores teknologi er mere fleksibel.På samme måde blev CCM udviklet for 20 år siden, men der er ingen information om det, fordi de få virksomheder, der bruger det, ikke deler viden og ekspertise.Derfor skal vi starte fra bunden, kun baseret på vores forståelse af kompositmaterialer og forarbejdning.”
"Vi gennemgår nu interne planer og arbejder med kunder for at finde komponenterne i disse nye teknologier," sagde Corvaglia."Disse dele skal muligvis redesignes og omkvalificeres, før produktionen kan begynde."Hvorfor?”Målet er at gøre flyet så let som muligt, men til en konkurrencedygtig pris.Derfor skal vi også optimere tykkelsen.Vi kan dog opleve, at en del kan reducere vægten eller identificere flere dele med lignende former, hvilket kan spare mange penge."
Han gentog, at denne teknologi indtil nu har været i hænderne på nogle få mennesker.“Men vi har udviklet alternative teknologier til at automatisere disse processer ved at tilføje mere avancerede presselister.Vi lægger et fladt laminat i og tager derefter en del af det ud, klar til brug.Vi er i gang med at redesigne dele og udvikle flade eller profilerede dele.Stadiet af CCM."
"Vi har nu en meget fleksibel CCM-produktionslinje i CETMA," sagde Pappadà.”Her kan vi anvende forskellige tryk efter behov for at opnå komplekse former.Den produktlinje, vi vil udvikle sammen med Leonardo, vil være mere fokuseret på at opfylde dens specifikke påkrævede komponenter.Vi mener, at forskellige CCM-linjer kan bruges til flade og L-formede stringere i stedet for mere komplekse former.På denne måde, sammenlignet med de store presser, der i øjeblikket bruges til at producere komplekse geometriske TPC-dele, kan vi få udstyrsomkostningerne til at holde det lavt."
CETMA bruger CCM til at producere stringere og paneler af kulfiber/PEKK envejstape, og bruger derefter induktionssvejsning af denne kølbundtdemonstrator til at forbinde dem i Clean Sky 2 KEELBEMAN-projektet, der administreres af EURECAT.Kilde|"En demonstrator til svejsning af termoplastiske kølbjælker er realiseret."
"Induktionssvejsning er meget interessant for kompositmaterialer, fordi temperaturen kan justeres og styres meget godt, opvarmningen er meget hurtig, og kontrollen er meget præcis," sagde Pappadà."Sammen med Leonardo udviklede vi induktionssvejsning til at forbinde TPC-komponenter.Men nu overvejer vi at bruge induktionssvejsning til in-situ konsolidering (ISC) af TPC tape.Til dette formål har vi udviklet en ny kulfibertape, som kan opvarmes meget hurtigt ved induktionssvejsning med en speciel maskine.Tapen bruger det samme basismateriale som den kommercielle tape, men har en anden arkitektur for at forbedre elektromagnetisk opvarmning.Samtidig med at vi optimerer de mekaniske egenskaber, overvejer vi også processen for at forsøge at opfylde forskellige krav, såsom hvordan man håndterer dem omkostningseffektivt og effektivt gennem automatisering.”
Han påpegede, at det er svært at opnå ISC med TPC-tape med god produktivitet.”For at kunne bruge det til industriel produktion skal man varme og køle hurtigere og presse på på en meget kontrolleret måde.Derfor besluttede vi at bruge induktionssvejsning til kun at opvarme et lille område, hvor materialet er konsolideret, og resten af laminaterne holdes kolde."Pappadà siger, at TRL for induktionssvejsning brugt til montering er højere.“
Integration på stedet ved hjælp af induktionsopvarmning virker ekstremt forstyrrende - i øjeblikket er der ingen anden OEM- eller niveauleverandør, der gør dette offentligt."Ja, dette kan være forstyrrende teknologi," sagde Corvaglia.”Vi har søgt patent på maskinen og materialerne.Vores mål er et produkt, der kan sammenlignes med termohærdede kompositmaterialer.Mange forsøger at bruge TPC til AFP (Automatic Fiber Placement), men det andet trin skal kombineres.Med hensyn til geometri er dette en stor begrænsning med hensyn til omkostninger, cyklustid og delstørrelse.Faktisk kan vi ændre den måde, vi producerer dele til luftfartsindustrien på."
Ud over termoplast fortsætter Leonardo med at forske i RTM-teknologi."Dette er endnu et område, hvor vi samarbejder med CETMA, og nye udviklinger baseret på den gamle teknologi (SQRTM i dette tilfælde) er blevet patenteret.Kvalificeret harpikstransferstøbning oprindeligt udviklet af Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, USA) (SQRTM).Corvaglia sagde: "Det er vigtigt at have en autoklavemetode (OOA), der giver os mulighed for at bruge materialer, der allerede er kvalificerede.“Dette giver os også mulighed for at bruge prepregs med velkendte egenskaber og kvaliteter.Vi har brugt denne teknologi til at designe, demonstrere og ansøge om patent på vinduesrammer til fly.“
På trods af COVID-19 behandler CETMA stadig Leonardo-programmet, her er vist brugen af SQRTM til at lave flyvinduesstrukturer for at opnå fejlfrie komponenter og fremskynde præformning sammenlignet med traditionel RTM-teknologi.Derfor kan Leonardo erstatte komplekse metaldele med mesh-kompositdele uden yderligere forarbejdning.Kilde |CETMA, Leonardo.
Pappadà påpegede: "Dette er også en ældre teknologi, men hvis du går online, kan du ikke finde information om denne teknologi."Endnu en gang bruger vi analytiske modeller til at forudsige og optimere procesparametre.Med denne teknologi kan vi opnå en god harpiksfordeling - ingen tørre områder eller harpiksophobning - og næsten ingen porøsitet.Fordi vi kan styre fiberindholdet, kan vi producere meget høje strukturelle egenskaber, og teknologien kan bruges til at fremstille komplekse former.Vi bruger de samme materialer, som opfylder autoklavehærdningskravene, men bruger OOA-metoden, men du kan også vælge at bruge en hurtighærdende harpiks for at forkorte cyklustiden til et par minutter.“
"Selv med den nuværende prepreg har vi reduceret hærdningstiden," sagde Corvaglia.“For eksempel, sammenlignet med en normal autoklavecyklus på 8-10 timer, for dele som vinduesrammer, kan SQRTM bruges i 3-4 timer.Varme og tryk påføres direkte på delene, og varmemassen er mindre.Derudover er opvarmningen af flydende harpiks i autoklaven hurtigere end luften, og kvaliteten af delene er også fremragende, hvilket især er gavnligt for komplekse former.Ingen efterbearbejdning, næsten nul hulrum og fremragende overfladekvalitet, fordi værktøjet er i Control it, ikke vakuumposen.
Leonardo bruger en række forskellige teknologier til at innovere.På grund af den hurtige udvikling af teknologi mener den, at investering i højrisiko-F&U (lav TRL) er afgørende for udviklingen af nye teknologier, der er nødvendige for fremtidige produkter, som overstiger de inkrementelle (kortsigtede) udviklingsevner, som eksisterende produkter allerede besidder .Leonardos 2030 F&U-masterplan kombinerer en sådan kombination af kortsigtede og langsigtede strategier, som er en samlet vision for en bæredygtig og konkurrencedygtig virksomhed.
Som en del af denne plan vil det lancere Leonardo Labs, et internationalt F&U-laboratorienetværk dedikeret til F&U og innovation.I 2020 vil virksomheden søge at åbne de første seks Leonardo-laboratorier i Milano, Torino, Genova, Rom, Napoli og Taranto og rekrutterer 68 forskere (Leonardo Research Fellows) med færdigheder inden for følgende områder: 36 autonome intelligente systemer til kunstig intelligens positioner, 15 big data-analyser, 6 high-performance computing, 4 elektrificering af luftfartsplatforme, 5 materialer og strukturer og 2 kvanteteknologier.Leonardo Laboratory vil spille rollen som en innovationspost og skaberen af Leonardos fremtidige teknologi.
Det er værd at bemærke, at Leonardos teknologi, der kommercialiseres på fly, også kan anvendes i dets land- og havafdelinger.Hold dig opdateret for flere opdateringer om Leonardo og dets potentielle indvirkning på kompositmaterialer.
Matrixen binder det fiberforstærkede materiale, giver kompositkomponenten sin form og bestemmer dens overfladekvalitet.Den sammensatte matrix kan være polymer, keramik, metal eller carbon.Dette er en valgvejledning.
Til kompositapplikationer erstatter disse hule mikrostrukturer meget volumen med lav vægt og øger forarbejdningsvolumen og produktkvalitet.
Indlægstid: 09-02-2021