O OEM italiano e o provedor Tier 1 Leonardo colaborou co departamento de I+D de CETMA para desenvolver novos materiais compostos, máquinas e procesos, incluída a soldadura por indución para a consolidación in situ de compostos termoplásticos.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, líder na produción de materiais compostos, produce barriles de fuselaxe dunha soa peza para o Boeing 787. Está a traballar con CETMA para desenvolver novas tecnoloxías, incluíndo o moldeado por compresión continua (CCM) e SQRTM (abaixo).Tecnoloxía de produción.Fonte |Leonardo e CETMA
Este blog baséase na miña entrevista con Stefano Corvaglia, enxeñeiro de materiais, director de I+D e xestor de propiedade intelectual do departamento de estruturas de aeronaves de Leonardo (instalacións de produción de Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola, sur de Italia), e unha entrevista co doutor Silvio Pappadà, investigador. enxeñeiro e xefe.Proxecto de cooperación entre CETMA (Brindisi, Italia) e Leonardo.
Leonardo (Roma, Italia) é un dos principais actores mundiais nos ámbitos aeroespacial, defensa e seguridade, cunha facturación de 13.800 millóns de euros e máis de 40.000 empregados en todo o mundo.A compañía ofrece solucións completas para sistemas aéreos, terrestres, marítimos, espaciais, de rede e de seguridade, e sistemas non tripulados en todo o mundo.O investimento en I+D de Leonardo é de aproximadamente 1.500 millóns de euros (11% dos ingresos de 2019), ocupando o segundo lugar en Europa e o cuarto no mundo en canto a investimento en investigación nos campos aeroespacial e de defensa.
Leonardo Aerostructures produce barriles de fuselaxe compostos dunha soa peza para as pezas 44 e 46 do Boeing 787 Dreamliner.Fonte |Leonardo
Leonardo, a través do seu departamento de estrutura de aviación, ofrece aos principais programas de avións civís do mundo a fabricación e montaxe de grandes compoñentes estruturais de materiais compostos e tradicionais, incluíndo a fuselaxe e a cola.
Leonardo Aerostructures produce estabilizadores horizontais compostos para o Boeing 787 Dreamliner.Fonte |Leonardo
En termos de materiais compostos, a División de Estrutura Aeroespacial de Leonardo produce "barrís dunha peza" para as seccións 44 e 46 da fuselaxe central do Boeing 787 na súa planta de Grottaglie e os estabilizadores horizontais da súa planta de Foggia, que representan aproximadamente o 14% da fuselaxe 787.%.A produción doutros produtos de estrutura composta inclúe a fabricación e montaxe do alerón traseiro dos avións comerciais ATR e Airbus A220 na súa planta de Foggia.Foggia tamén produce pezas compostas para o Boeing 767 e programas militares, incluíndo o Joint Strike Fighter F-35, o caza Eurofighter Typhoon, o avión de transporte militar C-27J e o Falco Xplorer, o último membro da familia de avións non tripulados Falco producido. por Leonardo.
"Xunto con CETMA, estamos a facer moitas actividades, como os compostos termoplásticos e o moldeado por transferencia de resina (RTM)", dixo Corvaglia.“O noso obxectivo é preparar actividades de I+D para a produción no menor tempo posible.No noso departamento (I+D e xestión de IP), tamén buscamos tecnoloxías disruptivas cun TRL inferior (nivel de preparación técnica, é dicir, o TRL máis baixo é incipiente e está máis lonxe da produción), pero esperamos ser máis competitivos e proporcionar axuda aos clientes de todo o mundo. mundo”.
Pappadà engadiu: "Desde os nosos esforzos conxuntos, estivemos traballando duro para reducir custos e impacto ambiental.Descubrimos que os compostos termoplásticos (TPC) reducíronse en comparación cos materiais termoestables".
Corvaglia sinalou: "Desenvolvemos estas tecnoloxías xunto co equipo de Silvio e construímos algúns prototipos de baterías automatizadas para avalialas na produción".
"CCM é un gran exemplo dos nosos esforzos conxuntos", dixo Pappadà."Leonardo identificou certos compoñentes feitos de materiais compostos termoestables.Xuntos exploramos a tecnoloxía de proporcionar estes compoñentes en TPC, centrándonos nos lugares onde hai un gran número de pezas na aeronave, como estruturas de empalme e formas xeométricas sinxelas.Verticais”.
Pezas fabricadas mediante a liña de produción de moldeo por compresión continua de CETMA.Fonte |"CETMA: Innovación en I+D de materiais compostos italianos"
Continuou: "Necesitamos unha nova tecnoloxía de produción con baixo custo e alta produtividade".Sinalou que no pasado se xeraba unha gran cantidade de residuos durante a fabricación dun único compoñente TPC.“Entón, producimos unha forma de malla baseada na tecnoloxía de moldeo por compresión non isotérmica, pero fixemos algunhas innovacións (patente pendente) para reducir os residuos.Deseñamos unha unidade totalmente automática para iso, e despois unha empresa italiana construíuna para nós."
Segundo Pappadà, a unidade pode producir compoñentes deseñados por Leonardo, "un compoñente cada 5 minutos, traballando as 24 horas do día".Non obstante, o seu equipo tivo que descubrir como producir as preformas.Explicou: "Ao principio, necesitabamos un proceso de laminación plana, porque ese era o pescozo de botella naquel momento"."Entón, o noso proceso comezou cun branco (laminado plano) e despois quentouse nun forno de infravermellos (IR)., E despois poñer na prensa para formar.Os laminados planos adoitan producirse mediante prensas grandes, que requiren 4-5 horas de tempo de ciclo.Decidimos estudar un novo método que poida producir laminados planos máis rápido.Polo tanto, en Leonardo Co apoio de enxeñeiros, desenvolvemos unha liña de produción de CCM de alta produtividade en CETMA.Reducimos o tempo de ciclo de 1m por 1m partes a 15 minutos.O importante é que este é un proceso continuo, polo que podemos producir unha duración ilimitada”.
A cámara de imaxe térmica de infravermellos (IRT) na liña de conformación progresiva SPARE axuda a CETMA a comprender a distribución da temperatura durante o proceso de produción e a xerar análises 3D para verificar o modelo informático durante o proceso de desenvolvemento do CCM.Fonte |"CETMA: Innovación en I+D de materiais compostos italianos"
Non obstante, como se compara este novo produto co CCM que Xperion (agora XELIS, Markdorf, Alemaña) utilizou durante máis de dez anos?Pappadà dixo: "Desenvolvemos modelos analíticos e numéricos que poden predecir defectos como baleiros"."Colaboramos con Leonardo e a Universidade de Salento (Lecce, Italia) para comprender os parámetros e o seu impacto na calidade.Utilizamos estes modelos para desenvolver este novo CCM, onde podemos ter un alto grosor pero tamén conseguir unha alta calidade.Con estes modelos, non só podemos optimizar a temperatura e a presión, senón tamén optimizar o seu método de aplicación.Podes desenvolver moitas técnicas para distribuír uniformemente a temperatura e a presión.Non obstante, necesitamos comprender o impacto destes factores nas propiedades mecánicas e no crecemento de defectos das estruturas compostas.
Pappadà continuou: “A nosa tecnoloxía é máis flexible.Do mesmo xeito, CCM foi desenvolvido hai 20 anos, pero non hai información sobre el porque as poucas empresas que o utilizan non comparten coñecementos e experiencia.Polo tanto, debemos comezar de cero, só baseándonos na nosa comprensión dos materiais compostos e do seu procesamento.
"Agora estamos pasando por plans internos e traballando cos clientes para atopar os compoñentes destas novas tecnoloxías", dixo Corvaglia."É posible que teñan que redeseñar e recalificar estas pezas antes de comezar a produción".Por que?“O obxectivo é facer o avión o máis lixeiro posible, pero a un prezo competitivo.Polo tanto, tamén debemos optimizar o grosor.Non obstante, podemos descubrir que unha parte pode reducir o peso ou identificar varias pezas con formas similares, o que pode aforrar moito custo".
Reiterou que ata agora esta tecnoloxía estivo nas mans dunhas poucas persoas.“Pero desenvolvemos tecnoloxías alternativas para automatizar estes procesos engadindo molduras de prensa máis avanzadas.Poñemos un laminado plano e despois sacamos unha parte dela, lista para usar.Estamos en proceso de redeseñar pezas e desenvolver pezas planas ou perfiladas.A etapa do CCM”.
"Agora temos unha liña de produción de CCM moi flexible en CETMA", dixo Pappadà."Aquí podemos aplicar diferentes presións segundo sexa necesario para conseguir formas complexas.A liña de produtos que desenvolveremos xunto con Leonardo estará máis centrada en cumprir os seus compoñentes específicos necesarios.Cremos que se poden usar diferentes liñas CCM para largueiros planos e en forma de L en lugar de formas máis complexas.Deste xeito, en comparación coas grandes prensas que se usan na actualidade para producir pezas de TPC xeométricas complexas, podemos facer que o custo do equipamento se manteña baixo”.
CETMA utiliza CCM para producir largueiros e paneis a partir de cinta unidireccional de fibra de carbono/PEKK, e despois utiliza a soldadura por indución deste demostrador de paquetes de quilla para conectalos no proxecto Clean Sky 2 KEELBEMAN xestionado por EURECAT.Fonte|"Realizase un demostrador para soldar vigas de quilla termoplástica".
"A soldadura por indución é moi interesante para os materiais compostos, porque a temperatura pódese axustar e controlar moi ben, o quecemento é moi rápido e o control é moi preciso", dixo Pappadà."Xunto con Leonardo, desenvolvemos a soldadura por indución para unir compoñentes TPC.Pero agora estamos considerando usar a soldadura por indución para a consolidación in situ (ISC) de cinta TPC.Para iso, desenvolvemos unha nova cinta de fibra de carbono, que pódese quentar moi rapidamente mediante soldadura por indución cunha máquina especial.A cinta usa o mesmo material base que a cinta comercial, pero ten unha arquitectura diferente para mellorar o quecemento electromagnético.Mentres optimizamos as propiedades mecánicas, tamén estamos considerando o proceso para tratar de cumprir diferentes requisitos, como como tratalos de forma rendible e eficiente mediante a automatización.
Sinalou que é difícil conseguir ISC con cinta TPC cunha boa produtividade.“Para utilizalo na produción industrial hai que quentar e arrefriar máis rápido e aplicar presión de forma moi controlada.Por iso, decidimos utilizar a soldadura por indución para quentar só unha pequena zona onde se consolida o material, e o resto de Laminados mantéñense fríos”.Pappadà di que o TRL para a soldadura por indución utilizada para a montaxe é maior."
A integración in situ mediante calefacción por indución parece extremadamente perturbadora; actualmente, ningún outro OEM ou provedor de nivel o está a facer publicamente."Si, esta pode ser unha tecnoloxía disruptiva", dixo Corvaglia.“Solicitamos patentes para a máquina e os materiais.O noso obxectivo é un produto comparable aos materiais compostos termoestables.Moitas persoas tentan usar TPC para AFP (Automatic Fiber Placement), pero o segundo paso debe ser combinado.En termos de xeometría, esta é unha gran limitación en termos de custo, tempo de ciclo e tamaño da peza.De feito, podemos cambiar a forma en que producimos pezas aeroespaciais".
Ademais dos termoplásticos, Leonardo segue investigando a tecnoloxía RTM.“Esta é outra das áreas na que estamos a cooperar co CETMA, e patentáronse novos desenvolvementos baseados na tecnoloxía antiga (SQRTM neste caso).Moldeo de transferencia de resina cualificado orixinalmente desenvolvido por Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, EUA) (SQRTM).Corvaglia dixo: "É importante ter un método de autoclave (OOA) que nos permita utilizar materiais que xa están cualificados.“Isto tamén nos permite utilizar preimpregnados de características e calidades coñecidas.Usamos esta tecnoloxía para deseñar, demostrar e solicitar unha patente para marcos de ventás de avións."
A pesar do COVID-19, CETMA aínda está a procesar o programa Leonardo, aquí móstrase o uso de SQRTM para facer estruturas de ventás de avións para conseguir compoñentes libres de defectos e acelerar o preformado en comparación coa tecnoloxía RTM tradicional.Polo tanto, Leonardo pode substituír pezas metálicas complexas por pezas compostas de malla sen máis procesamento.Fonte |CETMA, Leonardo.
Pappadà sinalou: "Esta é tamén unha tecnoloxía máis antiga, pero se estás en liña, non podes atopar información sobre esta tecnoloxía".Unha vez máis, estamos utilizando modelos analíticos para predicir e optimizar os parámetros do proceso.Con esta tecnoloxía, podemos obter unha boa distribución da resina -sen zonas secas nin acumulación de resina- e unha porosidade case nula.Como podemos controlar o contido de fibra, podemos producir propiedades estruturais moi elevadas e a tecnoloxía pódese usar para producir formas complexas.Usamos os mesmos materiais que cumpren os requisitos de curado en autoclave, pero usamos o método OOA, pero tamén podes decidir usar unha resina de curado rápido para acurtar o tempo do ciclo a uns minutos."
"Aínda co preimpregnado actual, reducimos o tempo de curado", dixo Corvaglia."Por exemplo, en comparación cun ciclo de autoclave normal de 8-10 horas, para pezas como marcos de fiestras, SQRTM pódese usar durante 3-4 horas.A calor e a presión aplícanse directamente ás pezas e a masa de calefacción é menor.Ademais, o quecemento da resina líquida no autoclave é máis rápido que o aire e a calidade das pezas tamén é excelente, o que é especialmente beneficioso para formas complexas.Sen retoques, case cero baleiros e excelente calidade de superficie, porque a ferramenta está en Control it, non na bolsa de baleiro.
Leonardo está utilizando unha variedade de tecnoloxías para innovar.Debido ao rápido desenvolvemento da tecnoloxía, considera que o investimento en I+D de alto risco (low TRL) é esencial para o desenvolvemento de novas tecnoloxías necesarias para futuros produtos, o que supera as capacidades de desenvolvemento incremental (a curto prazo) que xa posúen os produtos existentes. .O plan director de I+D 2030 de Leonardo combina esa combinación de estratexias a curto e longo prazo, que é unha visión unificada para unha empresa sostible e competitiva.
Como parte deste plan, lanzará Leonardo Labs, unha rede corporativa internacional de laboratorios de I+D dedicada á I+D e á innovación.Para 2020, a compañía buscará abrir os seis primeiros laboratorios Leonardo en Milán, Turín, Xénova, Roma, Nápoles e Tarento, e está a contratar 68 investigadores (Leonardo Research Fellows) con habilidades nos seguintes campos: 36 sistemas intelixentes autónomos para postos de intelixencia artificial, 15 análise de big data, 6 computación de alto rendemento, 4 electrificación de plataformas de aviación, 5 materiais e estruturas e 2 tecnoloxías cuánticas.O Laboratorio Leonardo desempeñará o papel de posto de innovación e de creador da tecnoloxía futura de Leonardo.
Cabe destacar que a tecnoloxía de Leonardo comercializada en avións tamén se pode aplicar nos seus departamentos terrestres e marítimos.Permanece atento para obter máis actualizacións sobre Leonardo e o seu impacto potencial nos materiais compostos.
A matriz une o material reforzado con fibras, dálle forma ao compoñente composto e determina a súa calidade superficial.A matriz composta pode ser de polímero, cerámica, metal ou carbono.Esta é unha guía de selección.
Para aplicacións de compostos, estas microestruturas ocas substitúen moito volume por baixo peso e aumentan o volume de procesamento e a calidade do produto.
Hora de publicación: 09-02-2021