U potrazi za održivošću, senzori smanjuju vrijeme ciklusa, potrošnju energije i gubitak, automatiziraju kontrolu procesa u zatvorenom krugu i povećavaju znanje, otvarajući nove mogućnosti za pametnu proizvodnju i strukture. #senzori #održivost #SHM
Senzori s lijeve strane (od vrha do dna): toplotni tok (TFX), dielektrici u kalupu (Lambient), ultrazvuk (Univerzitet u Augsburgu), jednokratni dielektrici (Synthesites) i između penija i termoelementa Microwire (AvPro).Grafovi (gore, u smjeru kazaljke na satu): Collo dielektrična konstanta (CP) u odnosu na kolojonski viskozitet (CIV), otpor smole u odnosu na vrijeme (Synthesites) i digitalni model kaprolaktam implantiranih preforma pomoću elektromagnetnih senzora (CosiMo projekat, DLR ZLP, Univerzitet u Augsburgu).
Kako globalna industrija nastavlja da izlazi iz pandemije COVID-19, prešla je na prioritet održivosti, što zahtijeva smanjenje otpada i potrošnje resursa (kao što su energija, voda i materijali). Kao rezultat, proizvodnja mora postati efikasnija i pametnija .Ali za ovo su potrebne informacije. Za kompozite, odakle ti podaci?
Kao što je opisano u CW-ovoj 2020 Composites 4.0 seriji članaka, definiranje mjerenja potrebnih za poboljšanje kvalitete dijelova i proizvodnje, kao i senzora potrebnih za postizanje tih mjerenja, prvi je korak u pametnoj proizvodnji. Tokom 2020. i 2021., CW je izvijestio o senzorima—dielektričnim senzori, senzori toplotnog fluksa, optički senzori i beskontaktni senzori koji koriste ultrazvučne i elektromagnetne valove—kao i projekte koji demonstriraju njihove mogućnosti (pogledajte CW-ov online set sadržaja senzora). Ovaj članak se nadovezuje na ovaj izvještaj govoreći o senzorima koji se koriste u kompozitnim materijale, njihove obećane prednosti i izazove, te tehnološki krajolik u razvoju. Posebno, kompanije koje se pojavljuju kao lideri u industriji kompozita već istražuju i upravljaju ovim prostorom.
Senzorska mreža u CosiMo Mreža od 74 senzora – od kojih su 57 ultrazvučni senzori razvijeni na Univerzitetu u Augsburgu (prikazano desno, svijetloplave tačke u gornjoj i donjoj polovini kalupa) – koriste se za demonstrator poklopca za T-RTM oblikovanje CosiMo projekta za termoplastične kompozitne baterije. Kredit za sliku: CosiMo projekt, DLR ZLP Augsburg, Univerzitet u Augsburgu
Cilj #1: Uštedite novac. The CW-ov blog iz decembra 2021., “Prilagođeni ultrazvučni senzori za kompozitnu optimizaciju procesa i kontrolu,” opisuje rad na Univerzitetu u Augsburgu (UNA, Augsburg, Njemačka) na razvoju mreže od 74 senzora za CosiMo projekat za proizvodnju demonstratora poklopca baterije za EV (kompozitni materijali u pametnom transportu). Dio je proizveden korištenjem termoplastičnog prijenosnog kalupa smole (T-RTM), koji polimerizira kaprolaktam monomer in situ u poliamid 6 (PA6) kompozit. Markus Sause, prof. u UNA i šef UNA-ine mreže za proizvodnju umjetne inteligencije (AI) u Augsburgu, objašnjava zašto su senzori toliko važni: „Najveća prednost koju nudimo je vizualizacija onoga što se dešava unutar crne kutije tokom obrade. Trenutno većina proizvođača ima ograničene sisteme za postizanje ovog cilja. Na primjer, koriste vrlo jednostavne ili specifične senzore kada koriste infuziju smole za izradu velikih dijelova za svemir. Ako proces infuzije pođe po zlu, u osnovi imate veliki komad otpada. Ali ako imate rješenja za razumijevanje što je pošlo po zlu u procesu proizvodnje i zašto, možete to popraviti i ispraviti, štedeći mnogo novca.”
Termoparovi su primjer "jednostavnog ili specifičnog senzora" koji se decenijama koristi za praćenje temperature kompozitnih laminata tokom autoklava ili sušenja u pećnici. Koriste se čak i za kontrolu temperature u pećnicama ili grijaćim pokrivačima za stvrdnjavanje kompozitnih zakrpa za popravku pomoću termičke veze. Proizvođači smole koriste različite senzore u laboratoriji za praćenje promjena u viskoznosti smole tokom vremena i temperature kako bi razvili formulacije za očvršćavanje. Međutim, ono što se pojavljuje je senzorska mreža koja može vizualizirati i kontrolirati proizvodni proces na licu mjesta na osnovu više parametara (npr. temperatura i pritisak) i stanje materijala (npr. viskoznost, agregacija, kristalizacija).
Na primjer, ultrazvučni senzor razvijen za projekat CosiMo koristi iste principe kao i ultrazvučna inspekcija, koja je postala glavni oslonac ispitivanja bez razaranja (NDI) gotovih kompozitnih dijelova.Petros Karapapas, glavni inženjer u Meggittu (Loughborough, UK), rekao je: „Naš cilj je da minimiziramo vrijeme i rad potreban za postprodukcijsku inspekciju budućih komponenti dok se krećemo ka digitalnoj proizvodnji.” Saradnja Centra za materijale (NCC, Bristol, UK) kako bi se demonstriralo praćenje Solvay (Alpharetta, GA, SAD) EP 2400 prstena tokom RTM koristeći linearni dielektrični senzor razvijen na Univerzitetu Cranfield (Cranfield, UK). 1,3 m duga, 0,8 m široka i 0,4 m duboka kompozitna školjka za izmjenjivač topline komercijalnog avionskog motora. „Dok smo gledali kako napraviti veće sklopove sa većom produktivnošću, nismo mogli priuštiti da izvršimo sve tradicionalne inspekcije naknadne obrade i testiranje na svakom dijelu“, rekao je Karapapas.“Trenutno pravimo testne ploče pored ovih RTM dijelova, a zatim vršimo mehaničko testiranje kako bismo potvrdili ciklus očvršćavanja. Ali sa ovim senzorom to nije neophodno.”
Collo sonda je uronjena u posudu za mešanje boje (zeleni krug na vrhu) da detektuje kada je mešanje završeno, štedeći vreme i energiju. Kredit za sliku: ColloidTek Oy
“Naš cilj nije da budemo još jedan laboratorijski uređaj, već da se fokusiramo na proizvodne sisteme,” kaže Matti Järveläinen, izvršni direktor i osnivač ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finska). Blog CW januar 2022. “Fingerprint Liquids for Composites” istražuje Collo's kombinacija senzora elektromagnetnog polja (EMF), obrade signala i analize podataka za mjerenje „otiska prsta” bilo koje tekućine kao što su monomeri, smole ili ljepila. „Ono što nudimo je nova tehnologija koja pruža direktnu povratnu informaciju u realnom vremenu, tako da možete bolje razumjeti kako vaš proces zapravo funkcionira i reagirati kada stvari krenu po zlu,” kaže Järveläinen. “Naši senzori pretvaraju podatke u realnom vremenu u razumljive fizičke veličine koje se mogu primijeniti, kao što je reološki viskozitet, koje omogućavaju optimizaciju procesa. Na primjer, možete skratiti vrijeme miješanja jer možete jasno vidjeti kada je miješanje završeno. Stoga, uz You možete povećati produktivnost, uštedjeti energiju i smanjiti otpad u odnosu na manje optimiziranu obradu.”
Cilj #2: Povećati znanje o procesima i vizualizaciju. Za procese kao što je agregacija, Järveläinen kaže: „Ne vidite mnogo informacija iz samo snimka. Vi samo uzimate uzorak i ulazite u laboratoriju i gledate kako je bilo prije nekoliko minuta ili sati. To je kao vožnja autoputem, svaki sat Otvorite oči na minut i pokušajte da predvidite kuda put vodi.” Sause se slaže, ističući da nam senzorska mreža razvijena u CosiMo „pomaže da dobijemo potpunu sliku procesa i ponašanja materijala. Možemo vidjeti lokalne efekte u procesu, kao odgovor na varijacije u debljini dijela ili integriranim materijalima kao što je jezgro od pjene. Ono što pokušavamo da uradimo je da pružimo informacije o tome šta se zapravo dešava u kalupu. To nam omogućava da odredimo različite informacije kao što su oblik fronta protoka, dolazak svakog dijela vremena i stupanj agregacije na svakoj lokaciji senzora.”
Collo radi s proizvođačima epoksidnih ljepila, boja, pa čak i piva kako bi kreirao profile procesa za svaku proizvedenu seriju. Sada svaki proizvođač može vidjeti dinamiku svog procesa i postaviti optimiziranije parametre, s upozorenjima da interveniše kada su serije izvan specifikacije. Ovo pomaže stabilizirati i poboljšati kvalitet.
Video fronta protoka u CosiMo dijelu (ulaz za ubrizgavanje je bijela tačka u centru) u funkciji vremena, na osnovu mjernih podataka iz mreže senzora u kalupu. Kredit za sliku: CosiMo projekt, DLR ZLP Augsburg, Univerzitet u Augsburg
„Želim da znam šta se dešava tokom proizvodnje delova, a ne da otvaram kutiju i da vidim šta će se dogoditi nakon toga“, kaže Meggittov Karapapas.“ Proizvodi koje smo razvili koristeći Cranfieldove dielektrične senzore omogućili su nam da vidimo proces na licu mesta, a takođe smo bili u mogućnosti da se potvrdi očvršćavanje smole.” Koristeći svih šest tipova senzora opisanih u nastavku (nije potpuna lista, samo mali izbor, i dobavljači), može pratiti očvršćavanje/polimerizaciju i protok smole. Neki senzori imaju dodatne mogućnosti, a kombinovani tipovi senzora mogu proširiti mogućnosti praćenja i vizualizacije tokom kompozitnog oblikovanja. To je demonstrirano tokom CosiMo, koji je koristio ultrazvučne, dielektrične i piezorezistivne senzore u modu za mjerenje temperature i pritiska kompanije Kistler (Winterthur, Švicarska).
Cilj #3: Smanjite vrijeme ciklusa. Collo senzori mogu mjeriti uniformnost dvokomponentnog brzostvrdnjajućeg epoksida jer se dijelovi A i B miješaju i ubrizgavaju tokom RTM-a i na svakoj lokaciji u kalupu gdje su takvi senzori postavljeni. Ovo bi moglo pomoći da se omogući brže stvrdnjavajuće smole za aplikacije kao što je Urban Air Mobility (UAM), koje bi omogućile brže cikluse očvršćavanja u poređenju sa trenutnim jednokomponentnim epoksidima kao što je RTM6.
Collo senzori također mogu pratiti i vizualizirati epoksid koji se degasira, ubrizgava i očvršćava, i kada je svaki proces završen. Završno očvršćavanje i drugi procesi zasnovani na stvarnom stanju materijala koji se obrađuje (u odnosu na tradicionalne recepte vremena i temperature) naziva se upravljanje stanjem materijala (MSM). Kompanije kao što je AvPro (Norman, Oklahoma, SAD) već decenijama tragaju za MSM-om kako bi pratile promjene u materijalima i procesima dijelova dok teži specifičnim ciljevima za temperaturu staklastog prijelaza (Tg), viskozitet, polimerizaciju i/ili kristalizacija. Na primjer, mreža senzora i digitalna analiza u CosiMo-u korišteni su za određivanje minimalnog vremena potrebnog za zagrijavanje RTM prese i kalupa i utvrđeno je da je 96% maksimalne polimerizacije postignuto za 4,5 minuta.
Dobavljači dielektričnih senzora kao što su Lambient Technologies (Cambridge, MA, SAD), Netzsch (Selb, Njemačka) i Synthesites (Uccle, Belgija) također su pokazali svoju sposobnost smanjenja vremena ciklusa. R&D projekat Synthesitesa s proizvođačima kompozita Hutchinson (Pariz, Francuska) ) i Bombardier Belfast (sada Spirit AeroSystems (Belfast, Irska)) izvještavaju da se na osnovu mjerenja otpornosti smole i temperature u realnom vremenu, preko svoje jedinice za prikupljanje podataka Optimold i Optiview softvera pretvara u procijenjeni viskozitet i Tg. „Proizvođači mogu vidjeti Tg u realnom vremenu, tako da mogu da odluče kada će prekinuti ciklus očvršćavanja,” objašnjava Nikos Pantelelis, direktor Synthesites-a. “Ne moraju da čekaju da završe ciklus prenošenja koji je duži nego što je potrebno. Na primjer, tradicionalni ciklus za RTM6 je 2-satno potpuno sušenje na 180°C. Vidjeli smo da se to može skratiti na 70 minuta u nekim geometrijama. Ovo je takođe demonstrirano u projektu INNOTOOL 4.0 (pogledajte „Ubrzavanje RTM-a sa senzorima toplotnog toka“), gde je upotreba senzora toplotnog toka skratila ciklus očvršćavanja RTM6 sa 120 minuta na 90 minuta.
Cilj #4: Kontrola adaptivnih procesa u zatvorenoj petlji. Za projekat CosiMo, krajnji cilj je automatizirati kontrolu zatvorene petlje tokom proizvodnje kompozitnih dijelova. To je također cilj projekata ZAero i iComposite 4.0 o kojima je izvjestio CW u 2020. (smanjenje troškova od 30-50%). Imajte na umu da ovi uključuju različite procese – automatizirano postavljanje prepreg trake (ZAero) i preformiranje u spreju vlaknima u poređenju sa T-RTM pod visokim pritiskom u CosiMo za RTM sa epoksidom koji se brzo stvrdnjava (iComposite 4.0). od ovih projekata koriste senzore sa digitalnim modelima i algoritmima za simulaciju procesa i predviđanje ishoda gotovog dela.
Kontrola procesa se može zamisliti kao niz koraka, objasnio je Sause. Prvi korak je integracija senzora i procesne opreme, rekao je, „kako bi se vizualiziralo šta se dešava u crnoj kutiji i parametri koje treba koristiti. Ostalih nekoliko koraka, možda polovina kontrole zatvorene petlje, su mogućnost pritiska na dugme za zaustavljanje da interveniše, podesi proces i spreči odbačene delove. Kao posljednji korak, možete razviti digitalnog blizanca, koji se može automatizirati, ali također zahtijeva ulaganje u metode mašinskog učenja.” U CosiMo-u, ova investicija omogućava senzorima da unose podatke u digitalni blizanac, Edge analiza (izračuni izvedeni na ivici proizvodne linije u odnosu na kalkulacije iz centralnog spremišta podataka) se zatim koristi za predviđanje dinamike prednjeg toka, sadržaja vlakana po tekstilnoj preformi. i potencijalne suhe mrlje.” U idealnom slučaju, možete postaviti postavke kako biste omogućili kontrolu zatvorene petlje i podešavanje u procesu,” rekao je Sause.”Oni će uključivati parametre kao što su pritisak ubrizgavanja, pritisak kalupa i temperatura. Također možete koristiti ove informacije da optimizirate svoj materijal.”
Čineći to, kompanije koriste senzore za automatizaciju procesa. Na primjer, Synthesites radi sa svojim klijentima na integraciji senzora sa opremom za zatvaranje dovoda smole kada je infuzija završena, ili uključivanje toplinske prese kada se postigne ciljno očvršćavanje.
Järveläinen napominje da da biste odredili koji je senzor najbolji za svaki slučaj upotrebe, “morate razumjeti koje promjene u materijalu i procesu želite pratiti, a zatim morate imati analizator.” Analizator prikuplja podatke koje je prikupio ispitivač ili jedinica za prikupljanje podataka. sirove podatke i pretvaraju ih u informacije koje može koristiti proizvođač.“ Zapravo vidite mnogo kompanija koje integriraju senzore, ali onda ne rade ništa s podacima, rekao je Sause. Ono što je potrebno, objasnio je, je „sistem akvizicije podataka, kao i arhitekturu za pohranu podataka koja bi mogla obraditi podatke.”
„Krajnji korisnici ne žele samo da vide neobrađene podatke“, kaže Järveläinen.“Oni žele da znaju „Da li je proces optimizovan?“ Kada se može preduzeti sledeći korak?“ Da biste to uradili, morate da kombinujete više senzora. za analizu, a zatim koristite mašinsko učenje da ubrzate proces.” Ova analiza rubova i pristup mašinskom učenju koji koristi Collo i CosiMo tim može se postići putem mapa viskoznosti, numeričkih modela fronta toka smole i vizualizirana je sposobnost konačne kontrole parametara procesa i mašina.
Optimold je analizator koji je razvio Synthesites za svoje dielektrične senzore. Kontrolisana od strane Synthesitesovog Optiview softvera, Optimold jedinica koristi mjerenja temperature i otpornosti smole za izračunavanje i prikaz grafikona u realnom vremenu za praćenje statusa smole uključujući omjer mješavine, kemijsko starenje, viskozitet, Tg i stepen očvršćavanja. Može se koristiti u procesima preprega i formiranja tečnosti. Za praćenje protoka koristi se posebna jedinica Optiflow. Synthesites je također razvio simulator očvršćavanja koji ne zahtijeva senzor očvršćavanja u kalupu ili dijelu, već umjesto toga koristi senzor temperature i uzorci smole/preprega u ovoj jedinici za analizu. „Koristimo ovu najsavremeniju metodu za infuziju i očvršćavanje adheziva za proizvodnju lopatica turbine na vetar“, rekao je Nikos Pantelelis, direktor Synthesites.
Sistemi za kontrolu procesa Synthesites integrišu senzore, Optiflow i/ili Optimold jedinice za prikupljanje podataka i softver OptiView i/ili Online Resin Status (ORS). Autor slike: Synthesites, uredio The CW
Stoga je većina dobavljača senzora razvila vlastite analizatore, neki koriste mašinsko učenje, a neki ne. Ali proizvođači kompozitnih materijala također mogu razviti svoje vlastite prilagođene sisteme ili kupiti gotove instrumente i modificirati ih kako bi zadovoljili specifične potrebe. Međutim, sposobnost analizatora je samo jedan faktor koji treba uzeti u obzir. Postoji mnogo drugih.
Kontakt je također važan faktor pri odabiru senzora za korištenje. Senzor će možda morati biti u kontaktu s materijalom, ispitivačem ili oboje. Na primjer, toplotni fluks i ultrazvučni senzori mogu se umetnuti u RTM kalup 1-20 mm od površina – precizno praćenje ne zahteva kontakt sa materijalom u kalupu. Ultrazvučni senzori takođe mogu ispitivati delove na različitim dubinama u zavisnosti od frekvencije koja se koristi. Collo elektromagnetski senzori takođe mogu da očitaju dubinu tečnosti ili delova – 2-10 cm, u zavisnosti o učestalosti ispitivanja – i kroz nemetalne posude ili alate u kontaktu sa smolom.
Međutim, magnetne mikro žice (pogledajte “Beskontaktno praćenje temperature i pritiska unutar kompozita”) su trenutno jedini senzori koji mogu ispitivati kompozite na udaljenosti od 10 cm. To je zato što koristi elektromagnetnu indukciju da izazove odgovor senzora, koji ugrađen je u kompozitni materijal. AvPro-ov ThermoPulse mikrožični senzor, ugrađen u sloj lepka, ispitan je kroz 25 mm debeo laminat od karbonskih vlakana kako bi se izmerila temperatura tokom procesa lepljenja. Pošto mikro žice imaju dlakavi prečnik od 3-70 mikrona, ne utiču na performanse kompozita ili veze. Kod nešto većih prečnika od 100-200 mikrona, optički senzori se takođe mogu ugraditi bez narušavanja strukturalnih svojstava. Međutim, pošto koriste svetlost za merenje, optički senzori moraju imati žičanu vezu sa Slično, pošto dielektrični senzori koriste napon za mjerenje svojstava smole, oni također moraju biti povezani na ispitivač, a većina također mora biti u kontaktu sa smolom koju nadgledaju.
Senzor Collo Probe (gornji) može se uroniti u tekućine, dok je Collo ploča (donja) ugrađena u zid posude/posude za miješanje ili procesne cijevi/dovodne linije. Kredit za sliku: ColloidTek Oy
Temperaturna sposobnost senzora je još jedno ključno razmatranje. Na primjer, većina standardnih ultrazvučnih senzora obično radi na temperaturama do 150°C, ali dijelovi u CosiMo moraju biti formirani na temperaturama iznad 200°C. Stoga, UNA morao dizajnirati ultrazvučni senzor sa ovom sposobnošću. Lambientovi jednokratni dielektrični senzori mogu se koristiti na površinama dijelova do 350°C, a njegovi višekratni senzori u kalupu mogu se koristiti do 250°C. RVmagnetics (Košice, Slovačka) je razvio njegov mikrožični senzor za kompozitne materijale koji mogu izdržati očvršćavanje na 500°C. Dok sama tehnologija Collo senzora nema teoretsko ograničenje temperature, testirani su štit od kaljenog stakla za Collo ploču i novo kućište od polieterketona (PEEK) za Collo sondu za kontinuirani rad na 150°C, prema Järveläinen-u. U međuvremenu, PhotonFirst (Alkmaar, Nizozemska) koristio je poliimidnu prevlaku kako bi osigurao radnu temperaturu od 350°C za svoj optički senzor za projekat SuCoHS, za održiv i trošak efikasan visokotemperaturni kompozit.
Drugi faktor koji treba uzeti u obzir, posebno za instalaciju, je da li senzor mjeri u jednoj tački ili je linearni senzor sa više tačaka senzora. Na primjer, optički senzori Com&Sens (Eke, Belgija) mogu biti dugi do 100 metara i imaju do 40 senzorskih tačaka Braggove rešetke (FBG) sa minimalnim razmakom od 1 cm. Ovi senzori su korišćeni za nadzor zdravlja konstrukcija (SHM) kompozitnih mostova dugih 66 metara i praćenje protoka smole tokom infuzije velikih mostova. Instalacija pojedinačni tačkasti senzori za takav projekat zahtevali bi veliki broj senzora i mnogo vremena za instalaciju. NCC i Univerzitet Cranfield tvrde slične prednosti za svoje linearne dielektrične senzore. U poređenju sa dielektričnim senzorima u jednoj tački koje nude Lambient, Netzsch i Synthesites, “ Sa našim linearnim senzorom, možemo kontinuirano pratiti protok smole duž dužine, što značajno smanjuje broj senzora potrebnih u dijelu ili alatu.”
AFP NLR za optičke senzore Posebna jedinica je integrisana u 8. kanal Coriolis AFP glave za postavljanje četiri niza optičkih senzora u kompozitni panel za testiranje visoke temperature, ojačan karbonskim vlaknima. Kredit za sliku: SuCoHS Project, NLR
Linearni senzori takođe pomažu u automatizaciji instalacija. U projektu SuCoHS, Royal NLR (Dutch Aerospace Centre, Marknesse) je razvio specijalnu jedinicu integrisanu u 8. kanalnu glavu za automatizovano postavljanje vlakana (AFP) Coriolis Composites (Queven, Francuska) za ugradnju četiri niza ( odvojene optičke linije), svaki sa 5 do 6 FBG senzora (PhotonFirst nudi ukupno 23 senzora), u test panelima od karbonskih vlakana. RVmagnetics je svoje mikrožične senzore postavio u pultrudiranu GFRP armaturu.” Žice su diskontinuirane [1-4 cm dugi za većinu kompozitnih mikrožica], ali se automatski postavljaju kontinuirano kada se armatura proizvodi”, rekao je Ratislav Varga, suosnivač RVmagnetics-a. “Imate mikrožicu sa mikrožicom od 1 km. kolutove filamenta i ubaciti ih u postrojenje za proizvodnju armature bez promjene načina izrade armature.” U međuvremenu, Com&Sens radi na automatizovanoj tehnologiji za ugradnju optičkih senzora tokom procesa namotavanja filamenta u posudama pod pritiskom.
Zbog svoje sposobnosti da provode električnu energiju, karbonska vlakna mogu uzrokovati probleme s dielektričnim senzorima. Dielektrični senzori koriste dvije elektrode postavljene blizu jedna drugoj. "Ako vlakna premoste elektrode, kratko spajaju senzor", objašnjava osnivač Lambienta Huan Lee. U ovom slučaju koristite filter."Filter propušta smolu da prođe senzore, ali ih izolira od karbonskih vlakana." Linearni dielektrični senzor koji su razvili Univerzitet Cranfield i NCC koristi drugačiji pristup, uključujući dva upletena para bakrenih žica. Kada se primjenjuje napon, između žica se stvara elektromagnetno polje koje se koristi za mjerenje impedanse smole. Žice su obložene sa izolacionim polimerom koji ne utiče na električno polje, ali sprečava kratak spoj karbonskih vlakana.
Naravno, trošak je takođe problem. Com&Sens navodi da je prosječna cijena po FBG senzornoj tački 50-125 eura, što može pasti na oko 25-35 eura ako se koristi u serijama (npr. za 100.000 posuda pod pritiskom). (Ovo je samo delić trenutnog i projektovanog proizvodnog kapaciteta kompozitnih posuda pod pritiskom, pogledajte članak CW-a o vodoniku iz 2021.) Meggittov Karapapas kaže da je dobio ponude za optičke linije sa FBG senzorima u proseku 250£/senzor (≈300€/senzor), ispitivač je vrijedan oko 10.000 funti (12.000 eura). “Linearni dielektrični senzor koji smo testirali više je ličio na obloženu žicu koju možete kupiti na polici,” dodao je on.” Ispitivač koji koristimo,” dodaje Alex Skordos, čitatelj ( viši istraživač) u Composites Process Science na Univerzitetu Cranfield, „je analizator impedanse, koji je vrlo precizan i košta najmanje £30,000 [≈ €36,000], ali NCC koristi mnogo jednostavniji ispitivač koji se u osnovi sastoji od standardnih moduli komercijalne kompanije Advise Deta [Bedford, UK].“ Synthesites citira 1.190 € za senzore u kalupu i 20 € za senzore za jednokratnu upotrebu/dijelne senzore U eurima, Optiflow se kotira na 3.900 eura, a Optimold na 7.200 eura, uz rastuće popuste za više jedinica analizatora. Ove cijene uključuju softver Optiview i bilo koje neophodna podrška, rekao je Pantelelis, dodajući da proizvođači lopatica za vjetar štede 1,5 sati po ciklusu, dodaju lopatice po liniji mjesečno i smanjuju potrošnju energije za 20 posto, uz povrat ulaganja od samo četiri mjeseca.
Kompanije koje koriste senzore dobit će prednost kako se digitalna proizvodnja kompozita 4.0 bude razvijala. Na primjer, kaže Grégoire Beauduin, direktor poslovnog razvoja u Com&Sensu, „Dok proizvođači posuda pod pritiskom pokušavaju smanjiti težinu, upotrebu materijala i troškove, mogu koristiti naše senzore da opravdaju njihove dizajne i nadgledaju proizvodnju kako dostignu potrebne nivoe do 2030. Isti senzori koji se koriste za procjenu nivoa naprezanja unutar slojeva tokom namotavanja i očvršćavanja filamenta također mogu pratiti integritet rezervoara tokom hiljada ciklusa punjenja, predviđati potrebno održavanje i ponovo se certificirati na kraju dizajna život. Možemo Za svaku proizvedenu kompozitnu posudu pod tlakom je osiguran digitalni twin data pool, a rješenje se razvija i za satelite.”
Omogućavanje digitalnih blizanaca i niti Com&Sens radi sa proizvođačem kompozita da koristi svoje optičke senzore kako bi omogućio protok digitalnih podataka kroz dizajn, proizvodnju i servis (desno) za podršku digitalnih ID kartica koje podržavaju digitalni blizanac svakog napravljenog dijela (lijevo). Kredit za sliku: Com&Sens i Slika 1, “Inženjering sa digitalnim nitima” V. Singha, K. Wilcoxa.
Dakle, podaci senzora podržavaju digitalnog blizanca, kao i digitalnu nit koja obuhvata dizajn, proizvodnju, servisne operacije i zastarjelost. Kada se analiziraju korištenjem umjetne inteligencije i mašinskog učenja, ovi podaci se vraćaju u dizajn i obradu, poboljšavajući performanse i održivost. je također promijenio način na koji lanci snabdijevanja rade zajedno. Na primjer, proizvođač ljepila Kiilto (Tampere, Finska) koristi Collo senzore kako bi pomogao svojim kupcima da kontroliraju omjer komponenti A, B, itd. u njihovoj višekomponentnoj opremi za miješanje ljepila.“Kiilto sada može prilagoditi sastav svojih ljepila za pojedinačne kupce,” kaže Järveläinen, “ali također omogućava Kiiltu da razumije kako smole interaguju u procesima kupaca i kako kupci stupaju u interakciju sa njihovim proizvodima, što mijenja način nabavke. Lanci mogu raditi zajedno.”
OPTO-Light koristi Kistler, Netzsch i Synthesites senzore za praćenje očvršćavanja za termoplastične prelivene epoksidne CFRP dijelove. Kredit za sliku: AZL
Senzori također podržavaju inovativne nove kombinacije materijala i procesa. Opisano u CW-ovom članku iz 2019. o projektu OPTO-Light (pogledajte “Termoplastični termosetovi, ciklus od 2 minute, jedna baterija”), AZL Aachen (Aachen, Njemačka) koristi dvostepeni proces horizontalnog kompresije jednog To (UD) preprega od ugljičnih vlakana/epoksida, zatim preliven sa 30% kratkim staklenim vlaknima ojačanim PA6. Ključ je samo djelomično očvrsnuti prepreg tako da preostala reaktivnost u epoksidu može omogućiti vezivanje za termoplast. .AZL koristi Optimold i Netzsch DEA288 Epsilon analizatore sa Synthesites i Netzsch dielektričnim senzorima i Kistler in-mold senzore i softver DataFlow za optimizaciju brizganja.” razumjeti stanje očvršćavanja kako bi se postigla dobra veza s termoplastičnim prelivanjem,” objašnjava AZL-ov istraživački inženjer Richard Schares. “U budućnosti, proces bi mogao biti adaptivan i inteligentan, rotaciju procesa pokreću signali senzora.”
Međutim, postoji fundamentalni problem, kaže Järveläinen, „a to je nedostatak razumijevanja kupaca o tome kako integrirati ove različite senzore u svoje procese. Većina kompanija nema stručnjake za senzore.” Trenutno, put naprijed zahtijeva da proizvođači senzora i kupci razmjenjuju informacije naprijed i natrag. Organizacije kao što su AZL, DLR (Augsburg, Njemačka) i NCC razvijaju ekspertizu za više senzora. Sause je rekao da postoje grupe unutar UNA, kao i spin-off kompanije koje nude integraciju senzora i usluge digitalnih blizanaca. On je dodao da je proizvodna mreža Augsburga AI iznajmila pogon od 7.000 kvadratnih metara za ovu svrhu, „proširujući CosiMo-ov razvojni plan na veoma širok opseg, uključujući povezane ćelije za automatizaciju, gdje industrijski partneri može postaviti mašine, pokrenuti projekte i naučiti kako integrirati nova AI rješenja.”
Carapappas je rekao da je Meggittova demonstracija dielektričnog senzora u NCC-u bila samo prvi korak u tome. „Na kraju krajeva, želim da pratim svoje procese i radne tokove i da ih ubacim u naš ERP sistem kako bih unaprijed znao koje komponente da proizvodim, koje ljude imam potrebe i koje materijale naručiti. Digitalna automatizacija se razvija.”
Dobrodošli u online SourceBook, koji odgovara godišnjem štampanom izdanju SourceBook Composites Industry Buyer's Guide-a kompanije CompositesWorld.
Spirit AeroSystems implementira Airbus Smart Design za A350 središnji trup i prednje spars u Kingstonu, NC
Vrijeme objave: 20.05.2022
