U potrazi za održivošću, senzori smanjuju vrijeme ciklusa, potrošnju energije i rasipanje, automatiziraju kontrolu procesa zatvorene petlje i povećavaju znanje, otvarajući nove mogućnosti za pametnu proizvodnju i strukture. #senzori #održivost #SHM
Senzori s lijeve strane (gore prema dolje): toplinski tok (TFX), dielektrici u kalupu (Lambient), ultrazvuk (Sveučilište u Augsburgu), dielektrici za jednokratnu upotrebu (Synthesites) i između penija i termoparova Microwire (AvPro). Grafikoni (gore, u smjeru kazaljke na satu): Collo dielektrična konstanta (CP) u odnosu na Collo ionsku viskoznost (CIV), otpornost smole u odnosu na vrijeme (Synthesites) i digitalni model kaprolaktam implantiranih preformi pomoću elektromagnetskih senzora (CosiMo projekt, DLR ZLP, Sveučilište u Augsburgu).
Kako globalna industrija nastavlja izlaziti iz pandemije COVID-19, prešla je na davanje prioriteta održivosti, što zahtijeva smanjenje otpada i potrošnje resursa (kao što su energija, voda i materijali). Kao rezultat toga, proizvodnja mora postati učinkovitija i pametnija .Ali za to su potrebne informacije. Za kompozite, odakle dolaze ti podaci?
Kao što je opisano u CW-ovoj seriji članaka 2020 Composites 4.0, definiranje mjerenja potrebnih za poboljšanje kvalitete dijelova i proizvodnje, te senzora potrebnih za postizanje tih mjerenja, prvi je korak u pametnoj proizvodnji. Tijekom 2020. i 2021. CW je izvijestio o senzorima—dielektrični senzori, senzori toplinskog toka, senzori od optičkih vlakana i beskontaktni senzori koji koriste ultrazvučne i elektromagnetske valove—kao i projekti koji demonstriraju njihove mogućnosti (pogledajte CW-ov mrežni set sadržaja senzora). Ovaj se članak nadovezuje na ovo izvješće raspravljajući o senzorima koji se koriste u kompozitu materijale, njihove obećane prednosti i izazove te tehnološki krajolik u razvoju. Posebno, tvrtke koje se pojavljuju kao lideri u industriji kompozita već istražuju i snalaze se u ovom prostoru.
Mreža senzora u CosiMo Mreža od 74 senzora – od kojih su 57 ultrazvučni senzori razvijeni na Sveučilištu u Augsburgu (prikazano s desne strane, svijetloplave točke u gornjoj i donjoj polovici kalupa) – koristi se za demonstrator poklopca za T-RTM oblikovanje CosiMo projekt za termoplastične kompozitne baterije. Autor slike: CosiMo projekt, DLR ZLP Augsburg, Sveučilište u Augsburgu
Cilj #1: Uštedite novac. CW-ov blog iz prosinca 2021., "Prilagođeni ultrazvučni senzori za kompozitnu optimizaciju i kontrolu procesa", opisuje rad na Sveučilištu u Augsburgu (UNA, Augsburg, Njemačka) na razvoju mreže od 74 senzora koji Za CosiMo projekt proizvodnje demonstratora poklopca baterije za EV (kompozitni materijali u pametnom transportu). Dio je proizveden korištenjem termoplastične smole za prijenos kalupa (T-RTM), koja polimerizira kaprolaktam monomer na licu mjesta u kompozit poliamida 6 (PA6). Markus Sause, profesor na UNA-i i voditelj 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 događa unutar crne kutije tijekom obrade.Trenutačno većina proizvođača ima ograničene sustave za postizanje toga.Na primjer, koriste vrlo jednostavne ili specifične senzore kada koriste infuziju smole za izradu velikih zrakoplovnih dijelova.Ako proces infuzije krene krivo, zapravo imate veliki komad otpada.Ali ako imate rješenja za razumijevanje što je pošlo krivo u proizvodnom procesu i zašto, možete to popraviti i ispraviti, čime ćete uštedjeti mnogo novca.”
Termoparovi su primjer "jednostavnog ili specifičnog senzora" koji se desetljećima koristi za praćenje temperature kompozitnih laminata tijekom stvrdnjavanja u autoklavu ili pećnici. Čak se koriste za kontrolu temperature u pećnicama ili grijaćim dekama za stvrdnjavanje kompozitnih zakrpa za popravak pomoću termičke veze. Proizvođači smole koriste razne senzore u laboratoriju za praćenje promjena u viskoznosti smole tijekom vremena i temperature kako bi razvili formulacije otvrdnjavanja. Ono što se, međutim, pojavljuje je mreža senzora koja može vizualizirati i kontrolirati proizvodni proces na licu mjesta na temelju više parametara (npr. temperatura i tlak) i stanje materijala (npr. viskoznost, agregacija, kristalizacija).
Na primjer, ultrazvučni senzor razvijen za projekt CosiMo koristi ista načela kao i ultrazvučna inspekcija, koja je postala glavno uporište ispitivanja bez razaranja (NDI) gotovih kompozitnih dijelova. Petros Karapapas, glavni inženjer u Meggittu (Loughborough, UK), je rekao: "Naš cilj je minimizirati vrijeme i rad potreban za postprodukcijsku inspekciju budućih komponenti dok se krećemo prema digitalnoj proizvodnji."Suradnja Centra za materijale (NCC, Bristol, UK) za demonstraciju praćenja Solvay (Alpharetta, GA, SAD) EP 2400 prstena tijekom RTM-a pomoću linearnog dielektričnog senzora razvijenog na Sveučilištu Cranfield (Cranfield, UK) Protok i stvrdnjavanje oksismole za 1,3 m duga, 0,8 m široka i 0,4 m duboka kompozitna ljuska za komercijalni izmjenjivač topline motora zrakoplova.“Dok smo tražili kako izraditi veće sklopove s većom produktivnošću, nismo si mogli priuštiti obavljanje svih tradicionalnih pregleda nakon obrade i testiranje na svakom dijelu,” rekao je Karapapas.” Upravo sada izrađujemo ispitne ploče pored ovih RTM dijelova i zatim provodimo mehanička ispitivanja kako bismo potvrdili ciklus stvrdnjavanja.Ali s ovim senzorom to nije potrebno.”
Collo sonda je uronjena u posudu za miješanje boje (zeleni krug na vrhu) kako bi se otkrilo kada je miješanje završeno, čime se štedi vrijeme i energija. Zasluga za sliku: ColloidTek Oy
"Naš cilj nije biti još jedan laboratorijski uređaj, već se usredotočiti na proizvodne sustave", kaže Matti Järveläinen, glavni izvršni direktor i osnivač ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finska). CW blog "Fingerprint Liquids for Composites" iz siječnja 2022. istražuje Collo's kombinacija senzora elektromagnetskog 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 izravnu povratnu informaciju u stvarnom vremenu, tako da možete bolje razumjeti kako vaš proces zapravo radi i reagirati kada stvari pođu po zlu,” kaže Järveläinen. “Naši senzori pretvaraju podatke u stvarnom vremenu u razumljive i djelotvorne fizičke veličine, kao što je reološka viskoznost, koje omogućuju optimizaciju procesa.Na primjer, možete skratiti vrijeme miješanja jer možete jasno vidjeti kada je miješanje gotovo.Stoga s You možete povećati produktivnost, uštedjeti energiju i smanjiti otpad u usporedbi s manje optimiziranom obradom.”
Cilj #2: Povećajte znanje o procesu i vizualizaciju. Za procese kao što je agregacija, Järveläinen kaže: „Ne vidite puno informacija samo iz snimke.Samo uzimate uzorak i odlazite u laboratorij i gledate kako je bilo prije nekoliko minuta ili sati.To je kao vožnja autocestom, svakih sat vremena otvorite oči na minutu i pokušajte predvidjeti kamo ide cesta.”Sause se slaže, napominjući da nam mreža senzora razvijena u CosiMou “pomaže dobiti potpunu sliku procesa i ponašanja materijala.Možemo vidjeti lokalne učinke u procesu, kao odgovor na varijacije u debljini dijelova ili integriranih materijala kao što je pjenasta jezgra.Ono što mi pokušavamo učiniti je pružiti informacije o tome što se zapravo događa u kalupu.To nam omogućuje određivanje različitih informacija kao što je oblik fronte 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 izradio profile procesa za svaku proizvedenu seriju. Sada svaki proizvođač može vidjeti dinamiku svog procesa i postaviti optimizirane parametre, s upozorenjima za intervenciju kada su serije izvan specifikacije. To pomaže stabilizirati i poboljšati kvalitetu.
Video fronte protoka u CosiMo dijelu (ulaz za ubrizgavanje je bijela točka u sredini) u funkciji vremena, na temelju mjernih podataka iz mreže senzora u kalupu. Autor slike: CosiMo projekt, DLR ZLP Augsburg, Sveučilište u Augsburg
"Želim znati što se događa tijekom proizvodnje dijelova, a ne otvarati kutiju i vidjeti što se događa nakon toga", kaže Meggitt's Karapapas. "Proizvodi koje smo razvili korištenjem Cranfieldovih dielektričnih senzora omogućili su nam da vidimo proces na licu mjesta, a također smo mogli za provjeru stvrdnjavanja smole.”Korištenje svih šest tipova senzora opisanih u nastavku (nije iscrpan popis, samo mali izbor, dobavljači također), može pratiti stvrdnjavanje/polimerizaciju i protok smole. Neki senzori imaju dodatne mogućnosti, a kombinirani tipovi senzora mogu proširiti mogućnosti praćenja i vizualizacije tijekom kalupljenja kompozita. To je demonstrirano tijekom CosiMo-a, koji je koristio ultrazvučne, dielektrične i piezorezistivne senzore u načinu rada za mjerenje temperature i tlaka od strane Kistlera (Winterthur, Švicarska).
Cilj #3: Smanjite vrijeme ciklusa. Collo senzori mogu mjeriti ujednačenost dvokomponentnog brzostvrdnjavajućeg epoksida jer se dijelovi A i B miješaju i ubrizgavaju tijekom RTM-a i na svakom mjestu u kalupu gdje su takvi senzori postavljeni. To bi moglo pomoći omogućiti brže stvrdnjavajuće smole za aplikacije kao što je Urban Air Mobility (UAM), koje bi omogućile brže cikluse stvrdnjavanja u usporedbi sa trenutnim jednokomponentnim epoksidima kao što je RTM6.
Collo senzori također mogu pratiti i vizualizirati epoksid kako se otplinjuje, ubrizgava i stvrdnjava te kada je svaki proces završen. Završno stvrdnjavanje i drugi procesi koji se temelje na stvarnom stanju materijala koji se obrađuje (u usporedbi s tradicionalnim vremenskim i temperaturnim receptima) nazivaju se upravljanje stanjem materijala (MSM). Tvrtke kao što je AvPro (Norman, Oklahoma, SAD) već desetljećima traže MSM kako bi pratile promjene u materijalima i procesima dijelova dok slijede specifične ciljeve za temperaturu staklenog prijelaza (Tg), viskoznost, polimerizaciju i/ili kristalizacija. Na primjer, mreža senzora i digitalna analiza u CosiMo korišteni su za određivanje minimalnog vremena potrebnog za zagrijavanje RTM preše i kalupa i utvrđeno je da je 96% maksimalne polimerizacije postignuto u 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. Projekt istraživanja i razvoja tvrtke Synthesites s proizvođačima kompozita Hutchinson (Pariz, Francuska) ) i Bombardier Belfast (sada Spirit AeroSystems (Belfast, Irska)) izvješćuje da na temelju mjerenja otpornosti smole i temperature u stvarnom vremenu, putem svoje jedinice za prikupljanje podataka Optimold i softvera Optiview pretvara u procijenjenu viskoznost i Tg.“Proizvođači mogu vidjeti Tg u stvarnom vremenu, tako da mogu odlučiti kada će zaustaviti ciklus stvrdnjavanja,” objašnjava Nikos Pantelelis, direktor Synthesitesa. “Ne moraju čekati da dovrše ciklus prijenosa koji je dulji nego što je potrebno.Na primjer, tradicionalni ciklus za RTM6 je 2-satno potpuno stvrdnjavanje na 180°C.Vidjeli smo da se to može skratiti na 70 minuta u nekim geometrijama.Ovo je također demonstrirano u projektu INNOTOOL 4.0 (vidi “Ubrzavanje RTM-a sa senzorima toplinskog toka”), gdje je upotreba senzora toplinskog toka skratila RTM6 ciklus otvrdnjavanja sa 120 minuta na 90 minuta.
Cilj #4: Kontrola adaptivnih procesa u zatvorenoj petlji. Za projekt CosiMo, krajnji cilj je automatizirati kontrolu u zatvorenoj petlji tijekom proizvodnje kompozitnih dijelova. To je također cilj projekata ZAero i iComposite 4.0 o kojima je izvijestio CW u 2020. (smanjenje troškova od 30-50%). Imajte na umu da oni uključuju različite procese – automatizirano postavljanje prepreg trake (ZAero) i prethodno oblikovanje raspršivanjem vlakana u usporedbi s visokotlačnim T-RTM u CosiMo za RTM s brzo otvrdnjavajućim epoksidom (iComposite 4.0). Ovi projekti koriste senzore s digitalnim modelima i algoritmima za simulaciju procesa i predviđanje ishoda gotovog dijela.
Upravljanje procesom može se zamisliti kao niz koraka, objasnio je Sause. Prvi korak je integracija senzora i procesne opreme, rekao je, “kako bi se vizualiziralo što se događa u crnoj kutiji i parametri koji se koriste.Ostalih nekoliko koraka, možda polovica upravljanja zatvorenom petljom, je mogućnost pritiskanja gumba za zaustavljanje radi intervencije, podešavanja procesa i sprječavanja odbačenih dijelova.Kao posljednji korak, možete razviti digitalnog blizanca koji se može automatizirati, ali također zahtijeva ulaganje u metode strojnog učenja.”U CosiMou ovo ulaganje omogućuje senzorima unos podataka u digitalni blizanac, rubna analiza (izračuni koji se izvode na rubu proizvodne linije u odnosu na izračune iz središnjeg spremišta podataka) zatim se koristi za predviđanje dinamike fronte protoka, volumenskog sadržaja vlakana po tekstilnoj preformi i potencijalna suha mjesta.” U idealnom slučaju, možete uspostaviti postavke kako biste omogućili upravljanje zatvorenom petljom i podešavanje u procesu,” rekao je Sause. “Oni će uključivati parametre poput tlaka ubrizgavanja, tlaka kalupa i temperature.Ove informacije također možete koristiti za optimizaciju svog materijala.”
Pritom tvrtke koriste senzore za automatizaciju procesa. Na primjer, Synthesites radi sa svojim klijentima na integraciji senzora s opremom za zatvaranje ulaza smole kada je infuzija gotova ili uključivanje toplinske preše kada se postigne ciljano stvrdnjavanje.
Järveläinen napominje da kako 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 prikuplja ispitivač ili jedinica za prikupljanje podataka.sirove podatke i pretvoriti ih u informacije koje može koristiti proizvođač."Vi zapravo vidite puno tvrtki koje integriraju senzore, ali onda ne rade ništa s podacima", rekao je Sause. Ono što je potrebno, objasnio je, je "sustav prikupljanja podataka, kao i arhitekturu za pohranu podataka kako bi mogli obraditi podatke.”
“Krajnji korisnici ne žele samo vidjeti neobrađene podatke,” kaže Järveläinen.” Žele znati, 'Je li proces optimiziran?'” Kada se može poduzeti sljedeći korak?” Da biste to učinili, trebate kombinirati više senzora za analizu, a zatim upotrijebite strojno učenje da ubrzate proces.”Ova rubna analiza i pristup strojnog učenja koji koriste timovi Collo i CosiMo mogu se postići pomoću mapa viskoznosti, numeričkih modela fronte protoka smole i vizualizira se mogućnost konačne kontrole parametara procesa i strojeva.
Optimold je analizator koji je razvio Synthesites za svoje dielektrične senzore. Upravlja softverom Optiview tvrtke Synthesites, Optimold jedinica koristi mjerenja temperature i otpora smole za izračunavanje i prikaz grafikona u stvarnom vremenu za praćenje statusa smole uključujući omjer miješanja, kemijsko starenje, viskoznost, Tg i stupanj stvrdnjavanja. Može se koristiti u procesima preprega i tekućeg oblikovanja. Za nadzor protoka koristi se zasebna jedinica Optiflow. Synthesites je također razvio simulator stvrdnjavanja koji ne zahtijeva senzor stvrdnjavanja u kalupu ili dijelu, već umjesto toga koristi temperaturni senzor i uzorke smole/preprega u ovoj jedinici analizatora. „Koristimo ovu najsuvremeniju metodu za infuziju i stvrdnjavanje ljepila za proizvodnju lopatica vjetroturbina,” rekao je Nikos Pantelelis, direktor Synthesitesa.
Sustavi kontrole procesa Synthesites integriraju senzore, jedinice za prikupljanje podataka Optiflow i/ili Optimold 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 strojno učenje, a neki ne. No, proizvođači kompozita također mogu razviti vlastite prilagođene sustave ili kupiti gotove instrumente i modificirati ih kako bi zadovoljili specifične potrebe. Međutim, sposobnost analizatora je samo jedan čimbenik koji treba uzeti u obzir. Postoje mnogi drugi.
Kontakt je također važan faktor pri odabiru senzora koji ćete koristiti. Senzor će možda morati biti u kontaktu s materijalom, ispitivačem ili oboje. Na primjer, toplinski tok i ultrazvučni senzori mogu se umetnuti u RTM kalup 1-20 mm od površine – precizno praćenje ne zahtijeva kontakt s materijalom u kalupu. Ultrazvučni senzori također mogu ispitivati dijelove na različitim dubinama ovisno o korištenoj frekvenciji. Elektromagnetski senzori Collo također mogu očitati dubinu tekućina ili dijelova – 2-10 cm, ovisno o učestalosti ispitivanja – i kroz nemetalne posude ili alate u dodiru sa smolom.
Međutim, magnetske mikrožice (pogledajte “Beskontaktno praćenje temperature i tlaka unutar kompozita”) trenutačno su jedini senzori koji mogu ispitivati kompozite na udaljenosti od 10 cm. To je zato što koristi elektromagnetsku indukciju da izazove odgovor senzora, koji ugrađen je u kompozitni materijal. AvProov ThermoPulse mikrožičani senzor, ugrađen u ljepljivi spojni sloj, ispitan je kroz laminat od ugljičnih vlakana debljine 25 mm kako bi se izmjerila temperatura tijekom procesa spajanja. Budući da mikrožice imaju dlakavi promjer od 3-70 mikrona, oni ne utječu na izvedbu kompozita ili veze. Pri malo većem promjeru od 100-200 mikrona, senzori od optičkih vlakana također se mogu ugraditi bez degradacije strukturnih svojstava. Međutim, budući da za mjerenje koriste svjetlost, senzori od optičkih vlakana moraju imati žičanu vezu s Isto tako, budući da dielektrični senzori koriste napon za mjerenje svojstava smole, oni također moraju biti spojeni na ispitivač, a većina također mora biti u kontaktu sa smolom koju prate.
Senzor Collo Probe (gornji) može se uroniti u tekućine, dok je Collo Plate (donji) ugrađen u stijenku posude/posude za miješanje ili procesne cijevi/dovodne linije. Kredit za sliku: ColloidTek Oy
Temperaturna sposobnost senzora još je jedno ključno razmatranje. Na primjer, većina ultrazvučnih senzora koji su već gotovi obično rade na temperaturama do 150°C, ali dijelovi u CosiMou moraju se oblikovati na temperaturama iznad 200°C. Stoga, UNA morao dizajnirati ultrazvučni senzor s 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 mikrožičani senzor za kompozitne materijale koji može izdržati stvrdnjavanje na 500°C. Iako sama tehnologija Collo senzora nema teoretsko ograničenje temperature, štit od kaljenog stakla za Collo ploču i novo kućište od polietereterketona (PEEK) za Collo sondu testirani su za kontinuirani rad na 150°C, prema Järveläinenu. U međuvremenu, PhotonFirst (Alkmaar, Nizozemska) upotrijebio je poliimidni premaz kako bi osigurao radnu temperaturu od 350°C za svoj optički senzor za SuCoHS projekt, za održivi i troškovno učinkovit visokotemperaturni kompozit.
Još jedan čimbenik koji treba uzeti u obzir, posebno za instalaciju, je mjeri li senzor u jednoj točki ili je linearni senzor s više točaka osjeta. Na primjer, optički senzori Com&Sens (Eke, Belgija) mogu biti dugi do 100 metara i imati više do 40 osjetilnih točaka vlaknaste Braggove rešetke (FBG) s minimalnim razmakom od 1 cm. Ovi senzori korišteni su za strukturno praćenje zdravlja (SHM) kompozitnih mostova dugih 66 metara i praćenje protoka smole tijekom ulijevanja velikih mostova. Instaliranje pojedinačni točkasti senzori za takav bi projekt zahtijevali velik broj senzora i puno vremena za instalaciju. NCC i Sveučilište Cranfield tvrde da imaju slične prednosti za svoje linearne dielektrične senzore. U usporedbi s dielektričnim senzorima s jednom točkom koje nude Lambient, Netzsch i Synthesites, “ S našim linearnim senzorom možemo kontinuirano pratiti protok smole duž cijele duljine, što značajno smanjuje broj senzora potrebnih u dijelu ili alatu.”
AFP NLR za optičke senzore. Posebna jedinica integrirana je u 8. kanal Coriolisove AFP glave za postavljanje četiri niza optičkih senzora u visokotemperaturnu kompozitnu ispitnu ploču ojačanu karbonskim vlaknima. Zasluga za sliku: SuCoHS Project, NLR
Linearni senzori također pomažu u automatizaciji instalacija. U projektu SuCoHS, Royal NLR (Nizozemski aerospace centar, Marknesse) razvio je posebnu jedinicu integriranu u 8th channel Automated Fiber Placement (AFP) voditelja Coriolis Composites (Queven, Francuska) za ugradnju Četiri niza ( odvojene linije optičkih vlakana), svaki s 5 do 6 FBG senzora (PhotonFirst nudi ukupno 23 senzora), u ispitnim pločama od karbonskih vlakana. RVmagnetics je svoje mikrožičane senzore smjestio u pultrudiranu GFRP armaturu.” Žice su diskontinuirane [1-4 cm duge za većinu kompozitnih mikrožica], ali se automatski postavljaju kontinuirano kada se proizvede armatura,” rekao je Ratislav Varga, suosnivač tvrtke RVmagnetics.“Imate mikrožicu s mikrožicom od 1 km.namota filamenta i unijeti ga u postrojenje za proizvodnju armature bez promjene načina na koji je armatura izrađena."U međuvremenu, Com&Sens radi na automatiziranoj tehnologiji za ugradnju optičkih senzora tijekom procesa namotavanja filamenta u tlačne posude.
Zbog svoje sposobnosti provođenja električne energije, ugljična vlakna mogu uzrokovati probleme s dielektričnim senzorima. Dielektrični senzori koriste dvije elektrode postavljene blizu jedna drugoj."Ako vlakna premošćuju elektrode, kratko spajaju senzor", objašnjava Huan Lee, osnivač Lambienta. U ovom slučaju upotrijebite filter."Filtar propušta smolu kroz senzore, ali ih izolira od karbonskih vlakana."Linearni dielektrični senzor koji su razvili Sveučilište Cranfield i NCC koristi drugačiji pristup, uključujući dva upletena para bakrenih žica. Kada se primijeni napon, između žica se stvara elektromagnetsko polje koje se koristi za mjerenje impedancije smole. Žice su presvučene s izolacijskim polimerom koji ne utječe na električno polje, ali sprječava kratki spoj karbonskih vlakana.
Naravno, trošak je također problem. Com&Sens navodi da je prosječna cijena po FBG senzorskoj točki 50-125 eura, što može pasti na oko 25-35 eura ako se koristi u serijama (npr. za 100 000 tlačnih posuda).(Ovo je samo djelić trenutnog i predviđenog proizvodnog kapaciteta kompozitnih tlačnih posuda, pogledajte CW-ov članak o vodiku iz 2021.) Meggitt's Karapapas kaže da je primio ponude za vodove od optičkih vlakana s FBG senzorima u prosjeku £250/senzor (≈300€/senzor), ispitivač vrijedi oko 10 000 funti (12 000 eura)."Linearni dielektrični senzor koji smo testirali bio je više poput presvučene žice koju možete kupiti na policama", dodao je. "Ispitivač koji koristimo", dodaje Alex Skordos, čitatelj ( viši istraživač) u Composites Process Science na Sveučilištu Cranfield, "jest analizator impedancije, koji je vrlo precizan i košta najmanje £30.000 [≈ €36.000], ali NCC koristi mnogo jednostavniji ispitivač koji se u osnovi sastoji od gotovih module komercijalne tvrtke Advise Deta [Bedford, UK].”Synthesites nudi 1.190 € za senzore u kalupu i 20 € za senzore za jednokratnu upotrebu/djelomične senzore. U eurima, Optiflow se kotira na 3.900 EUR, a Optimold na 7.200 EUR, uz sve veće popuste za više jedinica analizatora. Ove cijene uključuju softver Optiview i bilo koji potrebna podrška, rekao je Pantelelis, dodajući da proizvođači lopatica vjetra štede 1,5 sat po ciklusu, dodaju lopatice po liniji mjesečno i smanjuju potrošnju energije za 20 posto, uz povrat ulaganja od samo četiri mjeseca.
Tvrtke 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&Sens-u, „Dok proizvođači tlačnih posuda pokušavaju smanjiti težinu, upotrebu materijala i troškove, mogu koristiti naše senzore da opravdaju dizajniraju i nadziru proizvodnju dok dosegnu potrebne razine do 2030. Isti senzori koji se koriste za procjenu razina naprezanja unutar slojeva tijekom namotavanja filamenta i stvrdnjavanja također mogu nadzirati integritet spremnika tijekom tisuća ciklusa punjenja gorivom, predvidjeti potrebno održavanje i ponovno certificirati na kraju dizajna život.Možemo Digitalni dvostruki skup podataka osiguran je za svaku proizvedenu kompozitnu tlačnu posudu, a rješenje se razvija i za satelite.”
Omogućivanje digitalnih blizanaca i niti Com&Sens surađuje s proizvođačem kompozita na korištenju njegovih optičkih senzora za omogućavanje protoka digitalnih podataka kroz dizajn, proizvodnju i servis (desno) za podršku digitalnih ID kartica koje podržavaju digitalnog blizanca svakog izrađenog dijela (lijevo). Autor slike: Com&Sens i Slika 1, "Inženjering s digitalnim nitima" V. Singha, K. Wilcoxa.
Dakle, podaci senzora podržavaju digitalnog blizanca, kao i digitalnu nit koja obuhvaća dizajn, proizvodnju, servisne operacije i zastarjelost. Kada se analiziraju pomoću umjetne inteligencije i strojnog učenja, ti se podaci vraćaju u dizajn i obradu, poboljšavajući izvedbu i održivost. Ovo također je promijenio način na koji opskrbni lanci rade zajedno. Na primjer, proizvođač ljepila Kiilto (Tampere, Finska) koristi Collo senzore kako bi svojim kupcima pomogao kontrolirati omjer komponenti A, B itd. u njihovoj opremi za miješanje višekomponentnih ljepila.” Kiilto sada može prilagoditi sastav svojih ljepila za pojedinačne kupce,” kaže Järveläinen, “ali također omogućuje Kiiltu da razumije kako smole međusobno djeluju u procesima kupaca i kako kupci komuniciraju s njihovim proizvodima, što mijenja način na koji se vrši opskrba.Lanci mogu raditi zajedno."
OPTO-Light koristi senzore Kistler, Netzsch i Synthesites za praćenje otvrdnjavanja za termoplastične prelivene epoksidne CFRP dijelove. Zasluga za sliku: AZL
Senzori također podržavaju inovativne nove kombinacije materijala i procesa. Opisano u CW-ovom članku iz 2019. o projektu OPTO-Light (vidi “Termoplastični duroplasti za prelijevanje, 2-minutni ciklus, jedna baterija”), AZL Aachen (Aachen, Njemačka) koristi dva koraka postupak za vodoravno komprimiranje jednog To (UD) preprega od ugljičnih vlakana/epoksida, zatim preliven s 30% kratkim staklenim vlaknima ojačanim PA6. Ključno je samo djelomično stvrdnjavanje preprega tako da preostala reaktivnost u epoksidu može omogućiti spajanje na termoplastiku .AZL koristi Optimold i Netzsch DEA288 Epsilon analizatore sa Synthesites i Netzsch dielektričnim senzorima i Kistler senzorima u kalupu i DataFlow softver za optimizaciju injekcijskog prešanja.”Morate imati duboko razumijevanje procesa prepreg kompresije prešanja jer morate biti sigurni da razumjeti stanje stvrdnjavanja kako bi se postigla dobra veza s termoplastičnim prelijevanjem,” objašnjava istraživački inženjer AZL Richard Schares."U budućnosti bi proces mogao biti prilagodljiv i inteligentan, rotaciju procesa pokreću signali senzora."
Međutim, postoji temeljni problem, kaže Järveläinen, „a to je nedostatak razumijevanja kupaca o tome kako integrirati ove različite senzore u svoje procese.Većina tvrtki nema stručnjake za senzore.”Trenutačno, put naprijed zahtijeva proizvođače senzora i kupce da razmjenjuju informacije naprijed-nazad. Organizacije kao što su AZL, DLR (Augsburg, Njemačka) i NCC razvijaju stručnost za više senzora. Sause je rekao da unutar UNA-e postoje grupe, kao i spin-off tvrtke koje nude integraciju senzora i usluge digitalnih blizanaca. Dodao je da je Augsburška proizvodna mreža AI u tu svrhu iznajmila pogon od 7000 četvornih metara, „proširujući razvojni plan CosiMo-a na vrlo širok opseg, uključujući povezane ćelije automatizacije, gdje industrijski partneri mogu postavljati strojeve, pokretati projekte i naučiti kako integrirati nova AI rješenja.”
Carapappas je rekao da je Meggittova demonstracija dielektričnog senzora u NCC-u samo prvi korak u tome. „U konačnici, želim nadzirati svoje procese i tijekove rada i unijeti ih u naš ERP sustav kako bih unaprijed znao koje komponente proizvoditi, koje ljude potrebe i koje materijale naručiti.Digitalna automatizacija se razvija.”
Dobrodošli u online SourceBook, koji odgovara CompositesWorldovom godišnjem tiskanom izdanju SourceBook Composites Industry Buyer's Guide.
Spirit AeroSystems implementira Airbus Smart Design za središnji trup A350 i prednje poluge u Kingstonu, NC
Vrijeme objave: 20. svibnja 2022
