Den italienske OEM- og Tier 1-leverandøren Leonardo samarbeidet med CETMA R&D-avdelingen for å utvikle nye komposittmaterialer, maskiner og prosesser, inkludert induksjonssveising for konsolidering på stedet av termoplastiske kompositter.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, en leder innen produksjon av komposittmaterialer, produserer ett stykke flykroppsfat for Boeing 787. Det samarbeider med CETMA for å utvikle nye teknologier, inkludert kontinuerlig kompresjonsstøping (CCM) og SQRTM (nederst).Produksjonsteknologi.Kilde |Leonardo og CETMA
Denne bloggen er basert på intervjuet mitt med Stefano Corvaglia, materialingeniør, FoU-direktør og intellektuell eiendomssjef i Leonardos flystrukturavdeling (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola produksjonsanlegg, Sør-Italia), og et intervju med Dr. Silvio Pappadà, forskning ingeniør og sjef.Samarbeidsprosjekt mellom CETMA (Brindisi, Italia) og Leonardo.
Leonardo (Roma, Italia) er en av verdens største aktører innen luftfart, forsvar og sikkerhet, med en omsetning på 13,8 milliarder euro og mer enn 40 000 ansatte over hele verden.Selskapet leverer omfattende løsninger for luft, land, sjø, rom, nettverk og sikkerhet, og ubemannede systemer over hele verden.Leonardos FoU-investering er på omtrent 1,5 milliarder euro (11 % av 2019-inntektene), på andreplass i Europa og fjerde i verden når det gjelder forskningsinvesteringer innen romfart og forsvarsfelt.
Leonardo Aerostructures produserer ett stykke kompositt-kroppskropp for deler 44 og 46 av Boeing 787 Dreamliner.Kilde |Leonardo
Leonardo, gjennom sin luftfartsstrukturavdeling, gir verdens store sivile flyprogrammer produksjon og montering av store strukturelle komponenter av komposittmaterialer og tradisjonelle materialer, inkludert flykroppen og halen.
Leonardo Aerostructures produserer sammensatte horisontale stabilisatorer for Boeing 787 Dreamliner.Kilde |Leonardo
Når det gjelder komposittmaterialer, produserer Leonardos Aerospace Structure Division "tønner i ett stykke" for Boeing 787 sentrale flykroppsseksjoner 44 og 46 ved Grottaglie-anlegget og horisontale stabilisatorer ved Foggia-anlegget, og står for omtrent 14 % av 787-flykroppen.%.Produksjonen av andre komposittstrukturprodukter inkluderer produksjon og montering av bakvingen til kommersielle ATR- og Airbus A220-fly på Foggia-anlegget.Foggia produserer også komposittdeler for Boeing 767 og militære programmer, inkludert Joint Strike Fighter F-35, Eurofighter Typhoon jagerflyet, C-27J militærtransportflyet og Falco Xplorer, det siste medlemmet av Falcos ubemannede flyfamilie produsert av Leonardo.
"Sammen med CETMA driver vi med mange aktiviteter, for eksempel i termoplastiske kompositter og harpiksoverføringsstøping (RTM)," sa Corvaglia.«Vårt mål er å forberede FoU-aktiviteter for produksjon på kortest mulig tid.I vår avdeling (FoU og IP-administrasjon) søker vi også disruptive teknologier med lavere TRL (teknisk beredskapsnivå, dvs. Den lavere TRL er begynnende og lenger unna produksjon), men vi håper å være mer konkurransedyktige og gi hjelp til kunder rundt om verden."
Pappadà la til: "Siden vår felles innsats har vi jobbet hardt for å redusere kostnader og miljøpåvirkning.Vi har funnet ut at termoplastiske kompositter (TPC) har blitt redusert sammenlignet med herdeplastmaterialer.»
Corvaglia påpekte: "Vi utviklet disse teknologiene sammen med Silvios team og bygde noen automatiserte batteriprototyper for å evaluere dem i produksjon."
"CCM er et godt eksempel på vår felles innsats," sa Pappadà."Leonardo har identifisert visse komponenter laget av herdede komposittmaterialer.Sammen utforsket vi teknologien for å tilby disse komponentene i TPC, med fokus på stedene hvor det er et stort antall deler på flyet, for eksempel skjøtestrukturer og enkle geometriske former.Stolper."
Deler produsert ved hjelp av CETMAs kontinuerlige kompresjonsstøpings produksjonslinje.Kilde |"CETMA: FoU-innovasjon i italiensk komposittmateriale"
Han fortsatte: "Vi trenger en ny produksjonsteknologi med lave kostnader og høy produktivitet."Han påpekte at det tidligere ble generert en stor mengde avfall under produksjonen av en enkelt TPC-komponent."Så vi produserte en mesh-form basert på ikke-isotermisk kompresjonsstøpingsteknologi, men vi gjorde noen innovasjoner (patentsøkt) for å redusere avfall.Vi designet en helautomatisk enhet for dette, og deretter bygget et italiensk firma den for oss."
I følge Pappadà kan enheten produsere komponenter designet av Leonardo, "en komponent hvert 5. minutt, som jobber 24 timer i døgnet."Imidlertid måtte teamet hans finne ut hvordan de skulle produsere preformene.Han forklarte: "I begynnelsen trengte vi en flat lamineringsprosess, fordi dette var flaskehalsen på den tiden.""Så, prosessen vår startet med et blankt (flat laminat), og deretter varmet det opp i en infrarød (IR) ovn., Og deretter satt inn i pressen for forming.Flate laminater produseres vanligvis ved hjelp av store presser, som krever 4-5 timers syklustid.Vi bestemte oss for å studere en ny metode som kan produsere flate laminater raskere.Derfor utviklet vi i Leonardo Med støtte fra ingeniører en høyproduktiv CCM-produksjonslinje i CETMA.Vi reduserte syklustiden på 1m med 1m deler til 15 minutter.Det som er viktig er at dette er en kontinuerlig prosess, slik at vi kan produsere ubegrenset lengde.»
Det infrarøde termiske kameraet (IRT) i SPAREs progressive rulleformingslinje hjelper CETMA med å forstå temperaturfordelingen under produksjonsprosessen og generere 3D-analyse for å verifisere datamodellen under CCM-utviklingsprosessen.Kilde |"CETMA: FoU-innovasjon i italiensk komposittmateriale"
Men hvordan er dette nye produktet sammenlignet med CCM som Xperion (nå XELIS, Markdorf, Tyskland) har brukt i mer enn ti år?Pappadà sa: "Vi har utviklet analytiske og numeriske modeller som kan forutsi defekter som tomrom.""Vi har samarbeidet med Leonardo og University of Salento (Lecce, Italia) for å forstå parameterne og deres innvirkning på kvalitet.Vi bruker disse modellene til å utvikle denne nye CCM, hvor vi kan ha høy tykkelse men også oppnå høy kvalitet.Med disse modellene kan vi ikke bare optimere temperatur og trykk, men også optimalisere deres påføringsmetode.Du kan utvikle mange teknikker for å jevnt fordele temperatur og trykk.Vi må imidlertid forstå virkningen av disse faktorene på de mekaniske egenskapene og defektveksten til komposittstrukturer."
Pappadà fortsatte: "Teknologien vår er mer fleksibel.Tilsvarende ble CCM utviklet for 20 år siden, men det er ingen informasjon om det fordi de få selskapene som bruker det ikke deler kunnskap og kompetanse.Derfor må vi starte fra bunnen av, bare basert på vår forståelse av komposittmaterialer og prosessering."
"Vi går nå gjennom interne planer og jobber med kunder for å finne komponentene til disse nye teknologiene," sa Corvaglia."Disse delene må kanskje redesignes og omkvalifiseres før produksjonen kan begynne."Hvorfor?– Målet er å gjøre flyet så lett som mulig, men til en konkurransedyktig pris.Derfor må vi også optimalisere tykkelsen.Imidlertid kan vi finne ut at én del kan redusere vekten, eller identifisere flere deler med lignende former, noe som kan spare mye penger.»
Han gjentok at denne teknologien til nå har vært i hendene på noen få personer."Men vi har utviklet alternative teknologier for å automatisere disse prosessene ved å legge til mer avanserte presslister.Vi legger inn et flatt laminat og tar deretter ut en del av det, klar til bruk.Vi er i ferd med å redesigne deler og utvikle flate eller profilerte deler.Stadiet til CCM."
"Vi har nå en veldig fleksibel CCM-produksjonslinje i CETMA," sa Pappadà.«Her kan vi bruke forskjellige trykk etter behov for å oppnå komplekse former.Produktlinjen vi skal utvikle sammen med Leonardo vil være mer fokusert på å møte de spesifikke påkrevde komponentene.Vi tror at forskjellige CCM-linjer kan brukes til flate og L-formede stringere i stedet for mer komplekse former.På denne måten, sammenlignet med de store pressene som for tiden brukes til å produsere komplekse geometriske TPC-deler, kan vi få utstyrskostnadene til å holde den lave."
CETMA bruker CCM til å produsere stringers og paneler fra karbonfiber/PEKK enveistape, og bruker deretter induksjonssveising av denne kjølbuntdemonstratoren for å koble dem sammen i Clean Sky 2 KEELBEMAN-prosjektet administrert av EURECAT.Kilde|"En demonstrator for sveising av termoplastiske kjølbjelker er realisert."
"Induksjonssveising er veldig interessant for komposittmaterialer, fordi temperaturen kan justeres og kontrolleres veldig bra, oppvarmingen er veldig rask og kontrollen er veldig presis," sa Pappadà.«Sammen med Leonardo utviklet vi induksjonssveising for å koble sammen TPC-komponenter.Men nå vurderer vi å bruke induksjonssveising for in-situ konsolidering (ISC) av TPC-tape.For dette formål har vi utviklet en ny karbonfibertape. Den kan varmes opp veldig raskt ved induksjonssveising med en spesiell maskin.Tapen bruker samme grunnmateriale som den kommersielle tapen, men har en annen arkitektur for å forbedre elektromagnetisk oppvarming.Mens vi optimerer de mekaniske egenskapene, vurderer vi også prosessen for å prøve å møte ulike krav, for eksempel hvordan man håndterer dem kostnadseffektivt og effektivt gjennom automatisering.»
Han påpekte at det er vanskelig å oppnå ISC med TPC-tape med god produktivitet.«For å bruke den til industriell produksjon, må du varme og avkjøle raskere og legge på trykk på en veldig kontrollert måte.Derfor bestemte vi oss for å bruke induksjonssveising for å varme opp bare et lite område der materialet er konsolidert, og resten av laminatene holdes kalde.»Pappadà sier at TRL for induksjonssveising brukt til montering er høyere."
Integrasjon på stedet ved bruk av induksjonsoppvarming virker ekstremt forstyrrende - for øyeblikket er det ingen andre OEM- eller nivåleverandører som gjør dette offentlig."Ja, dette kan være forstyrrende teknologi," sa Corvaglia.«Vi har søkt patent på maskinen og materialene.Vårt mål er et produkt som kan sammenlignes med termoherdede komposittmaterialer.Mange prøver å bruke TPC for AFP (Automatic Fiber Placement), men det andre trinnet må kombineres.Når det gjelder geometri, er dette en stor begrensning når det gjelder kostnader, syklustid og delstørrelse.Faktisk kan vi endre måten vi produserer romfartsdeler på.»
I tillegg til termoplast, fortsetter Leonardo å forske på RTM-teknologi.«Dette er et annet område hvor vi samarbeider med CETMA, og nye utviklinger basert på den gamle teknologien (SQRTM i dette tilfellet) er patentert.Kvalifisert harpiksoverføringsstøping opprinnelig utviklet av Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, USA) (SQRTM).Corvaglia sa: "Det er viktig å ha en autoklavmetode (OOA) som lar oss bruke materialer som allerede er kvalifisert.«Dette lar oss også bruke prepregs med velkjente egenskaper og kvaliteter.Vi har brukt denne teknologien til å designe, demonstrere og søke patent på vindusrammer til fly."
Til tross for COVID-19, behandler CETMA fortsatt Leonardo-programmet, her vises bruken av SQRTM for å lage flyvindusstrukturer for å oppnå defektfrie komponenter og fremskynde preforming sammenlignet med tradisjonell RTM-teknologi.Derfor kan Leonardo erstatte komplekse metalldeler med mesh-komposittdeler uten ytterligere bearbeiding.Kilde |CETMA, Leonardo.
Pappadà påpekte: "Dette er også en eldre teknologi, men hvis du går på nettet, kan du ikke finne informasjon om denne teknologien."Nok en gang bruker vi analytiske modeller for å forutsi og optimalisere prosessparametere.Med denne teknologien kan vi oppnå en god harpiksfordeling - ingen tørre områder eller harpiksakkumulering - og nesten null porøsitet.Fordi vi kan kontrollere fiberinnholdet, kan vi produsere svært høye strukturelle egenskaper, og teknologien kan brukes til å produsere komplekse former.Vi bruker de samme materialene som oppfyller autoklavens herdekrav, men bruker OOA-metoden, men du kan også velge å bruke en hurtigherdende harpiks for å forkorte syklustiden til noen få minutter."
"Selv med dagens prepreg har vi redusert herdetiden," sa Corvaglia.«For eksempel, sammenlignet med en normal autoklavsyklus på 8-10 timer, for deler som vindusrammer, kan SQRTM brukes i 3-4 timer.Varme og trykk påføres delene direkte, og varmemassen er mindre.I tillegg er oppvarmingen av flytende harpiks i autoklaven raskere enn luften, og kvaliteten på delene er også utmerket, noe som er spesielt gunstig for komplekse former.Ingen etterarbeid, nesten null tomrom og utmerket overflatekvalitet, fordi verktøyet er i Control it, ikke vakuumposen.
Leonardo bruker en rekke teknologier for å innovere.På grunn av den raske utviklingen av teknologi, mener den at investering i høyrisiko FoU (lav TRL) er avgjørende for utviklingen av nye teknologier som trengs for fremtidige produkter, som overgår den inkrementelle (kortsiktige) utviklingsevnen som eksisterende produkter allerede har. .Leonardos 2030 FoU-masterplan kombinerer en slik kombinasjon av kortsiktige og langsiktige strategier, som er en enhetlig visjon for et bærekraftig og konkurransedyktig selskap.
Som en del av denne planen vil den lansere Leonardo Labs, et internasjonalt FoU-laboratorienettverk dedikert til FoU og innovasjon.Innen 2020 vil selskapet søke å åpne de første seks Leonardo-laboratoriene i Milano, Torino, Genova, Roma, Napoli og Taranto, og rekrutterer 68 forskere (Leonardo Research Fellows) med ferdigheter innen følgende felt: 36 autonome intelligente systemer for kunstig intelligens-posisjoner, 15 stordataanalyser, 6 høyytelses databehandling, 4 elektrifisering av luftfartsplattformer, 5 materialer og strukturer og 2 kvanteteknologier.Leonardo Laboratory vil spille rollen som en innovasjonspost og skaperen av Leonardos fremtidige teknologi.
Det er verdt å merke seg at Leonardos teknologi kommersialisert på fly også kan brukes i land- og sjøavdelingene.Følg med for flere oppdateringer om Leonardo og dens potensielle innvirkning på komposittmaterialer.
Matrisen binder det fiberarmerte materialet, gir komposittkomponenten sin form og bestemmer overflatekvaliteten.Komposittmatrisen kan være polymer, keramikk, metall eller karbon.Dette er en utvalgsguide.
For komposittapplikasjoner erstatter disse hule mikrostrukturene mye volum med lav vekt, og øker prosessvolum og produktkvalitet.
Innleggstid: 09-02-2021