Tiecoties pēc ilgtspējības, sensori samazina cikla laiku, enerģijas patēriņu un atkritumus, automatizē slēgtā cikla procesu kontroli un vairo zināšanas, paverot jaunas iespējas gudrai ražošanai un struktūrām.#sensori #ilgtspēja #SHM
Sensori pa kreisi (no augšas uz leju): siltuma plūsma (TFX), veidnē iebūvēti dielektriķi (Lambient), ultraskaņa (Augsburgas Universitāte), vienreizlietojamie dielektriķi (sintēzes) un starp santīmiem un termopāriem Mikrovads (AvPro). Grafiki (augšpusē, pulksteņrādītāja virzienā): Kolo dielektriskā konstante (CP) pret kolo jonu viskozitāti (CIV), sveķu pretestība pret laiku (sintēzes) un kaprolaktāma implantēto sagatavju digitālais modelis, izmantojot elektromagnētiskos sensorus (CosiMo projekts, DLR ZLP, Augsburgas Universitāte).
Tā kā globālā rūpniecība turpina izkļūt no Covid-19 pandēmijas, tā ir pārgājusi uz ilgtspējības prioritāti, kas prasa samazināt izšķērdēšanu un resursu (piemēram, enerģijas, ūdens un materiālu) patēriņu. Tā rezultātā ražošanai ir jākļūst efektīvākai un viedākai. .Bet tas prasa informāciju.Kur ir šie dati par kompozītmateriāliem?
Kā aprakstīts CW 2020 Composites 4.0 rakstu sērijā, mērījumi, kas nepieciešami, lai uzlabotu detaļu kvalitāti un ražošanu, un sensori, kas nepieciešami šo mērījumu veikšanai, ir pirmais solis viedajā ražošanā. 2020. un 2021. gadā CW ziņoja par sensoriem — dielektriskiem. sensori, siltuma plūsmas sensori, optisko šķiedru sensori un bezkontakta sensori, kas izmanto ultraskaņas un elektromagnētiskos viļņus, kā arī projekti, kas demonstrē to iespējas (skatiet CW tiešsaistes sensoru satura kopu). Šis raksts ir balstīts uz šo ziņojumu, apspriežot sensorus, ko izmanto kompozītmateriālu ražošanā. materiāli, to solītie ieguvumi un izaicinājumi, kā arī izstrādes stadijā esošā tehnoloģiskā ainava. Proti, uzņēmumi, kas kļūst par kompozītmateriālu nozares līderiem, jau pēta un izmanto šo telpu.
Sensoru tīkls CosiMo T-RTM vāka demonstrācijai tiek izmantots 74 sensoru tīkls, no kuriem 57 ir Augsburgas Universitātē izstrādāti ultraskaņas sensori (parādīti pa labi, gaiši zili punktiņi augšējā un apakšējā veidnes pusē). molding CosiMo projekts termoplastiskām kompozītmateriāliem. Attēla kredīts: CosiMo projekts, DLR ZLP Augsburga, Augsburgas Universitāte
1. mērķis: ietaupīt naudu. CW 2021. gada decembra emuārā “Pielāgoti ultraskaņas sensori kompozītmateriālu procesu optimizēšanai un kontrolei” ir aprakstīts darbs Augsburgas Universitātē (UNA, Augsburga, Vācija), lai izstrādātu 74 sensoru tīklu, kas paredzēts CosiMo. projekts, lai ražotu EV akumulatora vāka demonstratoru (kompozītmateriāli viedajā transportēšanā).Daļa ir izgatavota, izmantojot termoplastisko sveķu pārneses formēšanu (T-RTM), kas polimerizē kaprolaktāma monomēru in situ poliamīda 6 (PA6) kompozītmateriālā. Markuss Sause, profesors. UNA un UNA Mākslīgā intelekta (AI) ražošanas tīkla vadītājs Augsburgā, skaidro, kāpēc sensori ir tik svarīgi: “Lielākā mūsu piedāvātā priekšrocība ir vizualizācija tam, kas notiek melnajā kastē apstrādes laikā. Pašlaik lielākajai daļai ražotāju ir ierobežotas sistēmas, lai to panāktu. Piemēram, viņi izmanto ļoti vienkāršus vai specifiskus sensorus, kad izmanto sveķu infūziju, lai izgatavotu lielas kosmosa daļas. Ja infūzijas process noiet greizi, jums būtībā ir liels lūžņu gabals. Bet, ja jums ir risinājums, lai saprastu, kas ražošanas procesā nogāja greizi un kāpēc, varat to salabot un labot, ietaupot daudz naudas.
Termopāri ir “vienkārša vai specifiska sensora” piemērs, kas ir izmantots gadu desmitiem, lai uzraudzītu kompozītmateriālu laminātu temperatūru autoklāvā vai cepeškrāsnī konservēšanas laikā. Tos pat izmanto, lai kontrolētu temperatūru krāsnīs vai sildīšanas segās, lai sacietētu kompozītmateriālu remonta ielāpus. termiskās saistvielas.Sveķu ražotāji laboratorijā izmanto dažādus sensorus, lai uzraudzītu sveķu viskozitātes izmaiņas laika gaitā un temperatūru, lai izstrādātu ārstnieciskos preparātus.Tomēr parādās sensoru tīkls, kas var vizualizēt un kontrolēt ražošanas procesu in situ, pamatojoties uz vairāki parametri (piemēram, temperatūra un spiediens) un materiāla stāvoklis (piemēram, viskozitāte, agregācija, kristalizācija).
Piemēram, CosiMo projektam izstrādātais ultraskaņas sensors izmanto tādus pašus principus kā ultraskaņas pārbaude, kas ir kļuvusi par gatavo kompozītmateriālu daļu nesagraujošās pārbaudes (NDI) pamatu.Petros Karapapas, Meggitas (Loughborough, Apvienotā Karaliste) galvenais inženieris, "Mūsu mērķis ir samazināt laiku un darbaspēku, kas vajadzīgs nākotnes komponentu pēcražošanas pārbaudei, virzoties uz digitālo ražošanu." Materiālu centra (NCC, Bristole, Apvienotā Karaliste) sadarbība, lai demonstrētu Solvay (Alpharetta, GA, ASV) EP 2400 gredzena uzraudzību RTM laikā, izmantojot lineāro dielektrisko sensoru, kas izstrādāts Krenfīldas Universitātē (Krenfīlda, Apvienotā Karaliste) Plūsma un oksisveķu sacietēšana. 1,3 m garš, 0,8 m plats un 0,4 m dziļš kompozītmateriāla apvalks komerciālam gaisa kuģa dzinēja siltummaiņam. “Kad mēs meklējām, kā izgatavot lielākus mezglus ar lielāku produktivitāti, mēs nevarējām atļauties veikt visas tradicionālās pēcapstrādes pārbaudes un katras daļas pārbaude,” sacīja Karapapas. ”Šobrīd mēs izgatavojam testa paneļus blakus šīm RTM detaļām un pēc tam veicam mehānisko testēšanu, lai apstiprinātu sacietēšanas ciklu. Bet ar šo sensoru tas nav nepieciešams.
Collo Probe ir iegremdēts krāsas maisīšanas traukā (zaļš aplis augšpusē), lai noteiktu, kad maisīšana ir pabeigta, tādējādi ietaupot laiku un enerģiju. Attēla kredīts: ColloidTek Oy
“Mūsu mērķis nav būt vēl vienai laboratorijas ierīcei, bet gan koncentrēties uz ražošanas sistēmām,” saka Matti Järveläinen, ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Somija) izpilddirektors un dibinātājs. CW 2022. gada janvāra emuārā “Fingerprint Liquids for Composites” tiek pētīta Collo informācija. elektromagnētiskā lauka (EMF) sensoru kombinācija, signālu apstrāde un datu analīze, lai izmērītu jebkura šķidruma, piemēram, monomēru, sveķu vai līmvielu, “pirkstu nospiedumus”. “Mēs piedāvājam jaunu tehnoloģiju, kas nodrošina tiešu atgriezenisko saiti reāllaikā, lai jūs varētu labāk izprastu, kā jūsu process patiesībā darbojas, un reaģēt, ja kaut kas noiet greizi,” saka Järveläinens. “Mūsu sensori pārvērš reāllaika datus saprotamos un izmantojamos fizikālos daudzumos, piemēram, reoloģiskajā viskozitātē, kas ļauj optimizēt procesu. Piemēram, jūs varat saīsināt sajaukšanas laiku, jo varat skaidri redzēt, kad sajaukšana ir pabeigta. Tāpēc ar Jūs varat palielināt produktivitāti, ietaupīt enerģiju un samazināt lūžņu daudzumu, salīdzinot ar mazāk optimizētu apstrādi.
Mērķis Nr. 2: palielināt zināšanas par procesu un vizualizāciju. Tādiem procesiem kā apkopošana Järveläinen saka: “Jūs neredzat daudz informācijas tikai no momentuzņēmuma. Jūs vienkārši paņemat paraugu un ieejat laboratorijā un skatāties, kā tas bija pirms dažām minūtēm vai stundām. Tas ir kā braukt pa šoseju, katru stundu Atveriet acis uz minūti un mēģiniet paredzēt, kurp ceļš ved. Sause piekrīt, norādot, ka CosiMo izstrādātais sensoru tīkls “palīdz mums iegūt pilnīgu priekšstatu par procesu un materiāla uzvedību. Šajā procesā mēs varam redzēt lokālus efektus, reaģējot uz daļas biezuma izmaiņām vai integrētiem materiāliem, piemēram, putuplasta serdi. Tas, ko mēs cenšamies darīt, ir sniegt informāciju par to, kas patiesībā notiek veidnē. Tas ļauj mums noteikt dažādu informāciju, piemēram, plūsmas frontes formu, katra nepilna laika ierašanos un agregācijas pakāpi katrā sensora vietā.
Collo sadarbojas ar epoksīda līmju, krāsu un pat alus ražotājiem, lai izveidotu procesa profilus katrai saražotajai partijai. Tagad katrs ražotājs var skatīt sava procesa dinamiku un iestatīt optimizētākus parametrus ar brīdinājumiem, lai iejauktos, ja partijas neatbilst specifikācijai. stabilizēt un uzlabot kvalitāti.
Video plūsmas priekšpuse CosiMo daļā (injekcijas ieeja ir baltais punkts centrā) kā laika funkcija, pamatojoties uz mērījumu datiem no veidnē iebūvēta sensoru tīkla. Attēla kredīts: CosiMo projekts, DLR ZLP Augsburgas Universitāte Augsburga
"Es gribu zināt, kas notiek detaļu ražošanas laikā, nevis atvērt kastīti un redzēt, kas notiek pēc tam," saka Meggitt's Karapapas." Produkti, kurus mēs izstrādājām, izmantojot Cranfield dielektriskos sensorus, ļāva mums redzēt procesu in situ, un mēs arī varējām lai pārbaudītu sveķu sacietēšanu." Izmantojot visus sešus tālāk aprakstītos sensoru veidus (nav pilnīgs saraksts, tikai neliela izvēle, arī piegādātāji), var uzraudzīt sacietēšanu/polimerizāciju un sveķu plūsmu. Dažiem sensoriem ir papildu iespējas, un kombinētie sensoru veidi var paplašināt izsekošanas un vizualizācijas iespējas. kompozītmateriālu formēšanas laikā. Tas tika demonstrēts CosiMo laikā, kurā Kistler (Vintertūra, Šveice) temperatūras un spiediena mērījumiem izmantoja ultraskaņas, dielektriskos un pjezorezistīvos režīma sensorus.
3. mērķis: Samazināt cikla laiku. Collo sensori var izmērīt divdaļīgas ātri cietējošas epoksīda viendabīgumu, jo A un B daļas tiek sajauktas un ievadītas RTM laikā un katrā veidnes vietā, kur tiek novietoti šādi sensori. Tas varētu palīdzēt iespējot ātrāk sacietējoši sveķi tādiem lietojumiem kā Urban Air Mobility (UAM), kas nodrošinātu ātrākus sacietēšanas ciklus salīdzinājumā ar pašreizējiem vienas daļas epoksīdiem, piemēram, RTM6.
Collo sensori var arī uzraudzīt un vizualizēt epoksīda degazēšanu, injicēšanu un sacietēšanu, kā arī tad, kad katrs process ir pabeigts. Konservēšanas pabeigšanu un citus procesus, kuru pamatā ir apstrādājamā materiāla faktiskais stāvoklis (pret tradicionālajām laika un temperatūras receptēm), sauc par materiāla stāvokļa pārvaldību. (MSM). Tādi uzņēmumi kā AvPro (Normana, Oklahoma, ASV) ir izmantojuši MSM gadu desmitiem, lai izsekotu izmaiņām detaļu materiālos un procesos, jo tie tiecas sasniegt konkrētus mērķus attiecībā uz stiklošanās temperatūru (Tg), viskozitāti, polimerizāciju un/vai kristalizācija. Piemēram, tika izmantots sensoru tīkls un digitālā analīze CosiMo, lai noteiktu minimālo laiku, kas nepieciešams, lai uzsildītu RTM presi un veidni, un tika konstatēts, ka 96% no maksimālās polimerizācijas tika sasniegti 4,5 minūtēs.
Arī dielektrisko sensoru piegādātāji, piemēram, Lambient Technologies (Kembridža, MA, ASV), Netzsch (Selb, Vācija) un Synthesites (Uccle, Beļģija) ir pierādījuši savu spēju samazināt cikla laiku.Synthesites pētniecības un attīstības projekts ar kompozītmateriālu ražotājiem Hutchinson (Parīze, Francija) ) un Bombardier Belfast (tagad Spirit AeroSystems (Belfāsta, Īrija)) ziņo, ka, pamatojoties uz sveķu pretestības un temperatūras mērījumiem reāllaikā, izmantojot Optimold datu ieguves ierīci un Optiview programmatūru, tiek pārveidota aptuvenā viskozitāte un Tg.“Ražotāji var redzēt Tg. reāllaikā, lai viņi varētu izlemt, kad pārtraukt cietēšanas ciklu,” skaidro Nikos Pantelelis, Sintēzes direktors. “Viņiem nav jāgaida, lai pabeigtu pārnešanas ciklu, kas ir ilgāks nekā nepieciešams. Piemēram, tradicionālais RTM6 cikls ir 2 stundu pilna sacietēšana 180°C temperatūrā. Mēs esam redzējuši, ka dažās ģeometrijās to var saīsināt līdz 70 minūtēm. Tas tika demonstrēts arī projektā INNOTOOL 4.0 (sk. “RTM paātrināšana ar siltuma plūsmas sensoriem”), kur siltuma plūsmas sensora izmantošana saīsināja RTM6 sacietēšanas ciklu no 120 minūtēm līdz 90 minūtēm.
4. mērķis: adaptīvo procesu slēgtā cikla kontrole. CosiMo projekta galvenais mērķis ir automatizēt slēgtā cikla vadību kompozītmateriālu detaļu ražošanas laikā. Tas ir arī ZAero un iComposite 4.0 projektu mērķis, par kuriem ziņoja CW 2020 (izmaksu samazinājums par 30–50%). Ņemiet vērā, ka tie ietver dažādus procesus — automatizētu sagatavošanas lentes (ZAero) izvietošanu un šķiedru izsmidzināšanas priekšformēšanu salīdzinājumā ar augstspiediena T-RTM CosiMo for RTM ar ātri cietējošu epoksīdu (iComposite 4.0). no šiem projektiem izmanto sensorus ar digitāliem modeļiem un algoritmiem, lai modelētu procesu un prognozētu gatavās daļas rezultātu.
Sause paskaidroja, ka procesa vadību var uzskatīt par darbību virkni. Viņš teica, ka pirmais solis ir integrēt sensorus un procesa aprīkojumu, "lai vizualizētu, kas notiek melnajā kastē un izmantojamos parametrus. Pārējās dažas darbības, iespējams, puse no slēgtā cikla vadības, ir iespēja nospiest apturēšanas pogu, lai iejauktos, noregulētu procesu un novērstu detaļu noraidīšanu. Kā pēdējo soli jūs varat izveidot digitālo dvīņu, ko var automatizēt, taču tas prasa arī ieguldījumus mašīnmācīšanās metodēs. CosiMo šis ieguldījums ļauj sensoriem ievadīt datus digitālajā dvīnī, malu analīze (aprēķini, kas veikti ražošanas līnijas malā, salīdzinot ar aprēķiniem no centrālās datu krātuves), tiek izmantoti, lai prognozētu plūsmas frontes dinamiku, šķiedru tilpuma saturu vienā tekstila sagatavē. un potenciālās sausās vietas.” Ideālā gadījumā varat izveidot iestatījumus, lai iespējotu slēgta cikla vadību un regulēšanu procesā,” sacīja Sause.” Tie ietvers tādus parametrus kā iesmidzināšanas spiediens, veidnes spiediens un temperatūra. Varat arī izmantot šo informāciju, lai optimizētu savu materiālu.
To darot, uzņēmumi izmanto sensorus, lai automatizētu procesus. Piemēram, Synthesites sadarbojas ar saviem klientiem, lai integrētu sensorus ar aprīkojumu, lai aizvērtu sveķu ieplūdi, kad infūzija ir pabeigta, vai ieslēgtu karstuma presi, kad ir sasniegta mērķa sacietēšana.
Järveläinens atzīmē, ka, lai noteiktu, kurš sensors ir vislabākais katram lietošanas gadījumam, "jums ir jāsaprot, kādas izmaiņas materiālā un procesā vēlaties uzraudzīt, un tad jums ir jābūt analizatoram." Analizators iegūst pieprasītāja vai datu ieguves vienības savāktos datus. neapstrādātus datus un pārvērst tos informācijā, ko var izmantot ražotājs.” Patiesībā jūs redzat daudzus uzņēmumus, kas integrē sensorus, bet pēc tam viņi neko nedara ar datiem,” sacīja Sause. Viņš paskaidroja, ka ir vajadzīga sistēma. datu ieguves, kā arī datu uzglabāšanas arhitektūra, lai varētu apstrādāt datus.
“Galalietotāji nevēlas tikai redzēt neapstrādātus datus,” saka Järveläinens.”Viņi vēlas zināt: “Vai process ir optimizēts?” Kad var spert nākamo soli?” Lai to izdarītu, ir jāapvieno vairāki sensori. analīzei un pēc tam izmantojiet mašīnmācīšanos, lai paātrinātu procesu. Šo malu analīzi un mašīnmācīšanās pieeju, ko izmanto Collo un CosiMo komanda, var sasniegt, izmantojot viskozitātes kartes, sveķu plūsmas frontes skaitliskos modeļus un spēju galu galā kontrolēt procesa parametrus un iekārtas.
Optimold ir Synthesites izstrādāts analizators saviem dielektriskajiem sensoriem. To kontrolē ar Synthesites Optiview programmatūru, Optimold iekārta izmanto temperatūras un sveķu pretestības mērījumus, lai aprēķinātu un parādītu reāllaika diagrammas, lai uzraudzītu sveķu stāvokli, tostarp maisījuma attiecību, ķīmisko novecošanos, viskozitāti, Tg. un sacietēšanas pakāpi. To var izmantot prepreg un šķidruma formēšanas procesos. Plūsmas uzraudzībai tiek izmantota atsevišķa vienība Optiflow. Uzņēmums Synthesites ir arī izstrādājis cietēšanas simulatoru, kuram nav nepieciešams sacietēšanas sensors veidnē vai daļā, bet tā vietā tiek izmantots temperatūras sensors un sveķu/prepreg paraugi šajā analizatora blokā. "Mēs izmantojam šo vismodernāko metodi infūzijas un līmes sacietēšanai vēja turbīnas lāpstiņu ražošanai," sacīja Nikos Pantelelis, Synthesites direktors.
Synthesites procesa vadības sistēmās ir integrēti sensori, Optiflow un/vai Optimold datu ieguves vienības, kā arī OptiView un/vai tiešsaistes sveķu statusa (ORS) programmatūra. Attēla kredīts: Synthesites, rediģēja The CW
Tāpēc lielākā daļa sensoru piegādātāju ir izstrādājuši savus analizatorus, daži izmanto mašīnmācīšanos, bet daži ne. Taču kompozītmateriālu ražotāji var arī izstrādāt savas pielāgotas sistēmas vai iegādāties jau nopērkamus instrumentus un pārveidot tos, lai tie atbilstu īpašām vajadzībām.Tomēr analizatora iespējas ir jāņem vērā tikai viens faktors.Ir daudzi citi.
Kontakts ir arī svarīgs apsvērums, izvēloties, kuru sensoru izmantot. Sensoram var būt jābūt saskarē ar materiālu, vaicātāju vai abiem. Piemēram, siltuma plūsmas un ultraskaņas sensorus var ievietot RTM veidnē 1–20 mm attālumā no virsma – precīza uzraudzība neprasa saskari ar veidnē esošo materiālu.Ultraskaņas sensori var arī aptaujāt detaļas dažādos dziļumos atkarībā no izmantotās frekvences.Collo elektromagnētiskie sensori var nolasīt arī šķidrumu vai daļu dziļumu – 2-10 cm, atkarībā no par pratināšanas biežumu – un caur nemetāliskiem traukiem vai instrumentiem, kas saskaras ar sveķiem.
Tomēr magnētiskie mikrovadi (skatiet sadaļu “Temperatūras un spiediena bezkontakta uzraudzība kompozītmateriālos”) pašlaik ir vienīgie sensori, kas spēj nopratināt kompozītmateriālus 10 cm attālumā. Tas ir tāpēc, ka tie izmanto elektromagnētisko indukciju, lai izraisītu sensora reakciju. ir iestrādāts kompozītmateriālā.AvPro ThermoPulse mikrovadu sensors, kas iestrādāts līmējošā savienojuma slānī, ir pārbaudīts caur 25 mm biezu oglekļa šķiedras laminātu, lai mērītu temperatūru līmēšanas procesa laikā.Tā kā mikrovadu matainais diametrs ir 3-70 mikroni, tie neietekmē kompozītmateriālu vai savienojuma līniju veiktspēju.Ja diametrs ir nedaudz lielāks (100–200 mikroni), optisko šķiedru sensorus var iegult arī, nepasliktinot strukturālās īpašības. Taču, tā kā mērīšanai izmanto gaismu, optiskās šķiedras sensoriem ir jābūt savienotam ar vadu. jautātājs. Tāpat, tā kā dielektriskie sensori izmanto spriegumu, lai mērītu sveķu īpašības, tiem arī jābūt savienotiem ar pieprasītāju, un lielākajai daļai arī jābūt saskarē ar sveķiem, kurus tie uzrauga.
Collo Probe (augšējā) sensoru var iegremdēt šķidrumā, savukārt Collo Plate (apakšā) ir uzstādīta tvertnes/maisīšanas trauka vai procesa cauruļvada/padeves līnijas sienā. Attēla kredīts: ColloidTek Oy
Sensora temperatūras spēja ir vēl viens svarīgs apsvērums. Piemēram, vairums gatavu ultraskaņas sensoru parasti darbojas temperatūrā līdz 150 °C, bet CosiMo daļas ir jāveido temperatūrā virs 200 °C. Tāpēc UNA bija jāizstrādā ultraskaņas sensors ar šo iespēju.Lambient vienreizējās lietošanas dielektriskos sensorus var izmantot uz daļu virsmām līdz 350°C, un tā atkārtoti lietojamos veidnēs iebūvētos sensorus var izmantot līdz 250°C. Ir izstrādājusi RVmagnetics (Košice, Slovākija). tā mikrovadu sensors kompozītmateriāliem, kas var izturēt sacietēšanu 500°C temperatūrā. Lai gan pašai Collo sensora tehnoloģijai nav teorētisku temperatūras ierobežojumu, ir pārbaudīts gan Collo Plate rūdītā stikla vairogs, gan jaunais Collo Probe poliēterēterketona (PEEK) korpuss. nepārtrauktai darbībai 150°C temperatūrā, saskaņā ar Järveläinen teikto. Tikmēr PhotonFirst (Alkmāra, Nīderlande) izmantoja poliimīda pārklājumu, lai nodrošinātu 350°C darba temperatūru tā optiskās šķiedras sensoram SuCoHS projektam, lai nodrošinātu ilgtspējīgu un izmaksu efektīvs augstas temperatūras kompozīts.
Vēl viens faktors, kas jāņem vērā, īpaši uzstādot, ir tas, vai sensors mēra vienā punktā vai ir lineārs sensors ar vairākiem sensora punktiem. Piemēram, Com&Sens (Eke, Beļģija) optisko šķiedru sensori var būt līdz 100 metriem gari un aprīkoti. līdz 40 šķiedru Bragg režģa (FBG) sensoru punktiem ar minimālo atstarpi 1 cm.Šie sensori ir izmantoti 66 metrus garu kompozītmateriālu tiltu struktūras veselības uzraudzībai (SHM) un sveķu plūsmas uzraudzībai lielu tiltu klāju infūzijas laikā. Atsevišķu punktu sensori šādam projektam prasītu lielu skaitu sensoru un daudz uzstādīšanas laika.NCC un Cranfield University apgalvo līdzīgas priekšrocības saviem lineārajiem dielektriskajiem sensoriem.Salīdzinot ar viena punkta dielektriskiem sensoriem, ko piedāvā Lambient, Netzsch un Synthesites, “ Izmantojot mūsu lineāro sensoru, mēs varam nepārtraukti uzraudzīt sveķu plūsmu visā garumā, kas ievērojami samazina detaļā vai instrumentā nepieciešamo sensoru skaitu.
AFP NLR optisko šķiedru sensoriem Īpaša vienība ir integrēta Coriolis AFP galvas 8. kanālā, lai ievietotu četrus optisko šķiedru sensoru blokus augstas temperatūras, oglekļa šķiedras pastiprinātā kompozītmateriāla testa panelī. Attēla kredīts: SuCoHS Project, NLR
Lineārie sensori palīdz arī automatizēt instalācijas. Projektā SuCoHS Royal NLR (Nīderlandes Aerospace Centre, Marknesse) izstrādāja īpašu vienību, kas integrēta Coriolis Composites (Queven, Francija) 8. kanāla automatizētās šķiedru izvietojuma (AFP) galviņā, lai iegultu četrus masīvus ( atsevišķas optiskās šķiedras līnijas), katrā no 5 līdz 6 FBG sensoriem (PhotonFirst kopā piedāvā 23 sensorus), oglekļa šķiedras testa paneļos. RVmagnetics ir ievietojis savus mikrovadu sensorus pultrudētā GFRP armatūras stieņā. Vadi ir pārtraukti [1-4 cm garas lielākajai daļai kompozītmateriālu mikrovadu], bet tiek automātiski novietoti nepārtraukti, kad tiek ražots armatūras stienis,” sacīja Ratislavs Varga, RVmagnetics līdzdibinātājs. “Jums ir mikrovads ar 1 km mikrovadu. kvēldiegu spoles un ievadiet to armatūras ražošanas iekārtā, nemainot armatūras izgatavošanas veidu. Tikmēr Com&Sens strādā pie automatizētas tehnoloģijas, lai iegultu optisko šķiedru sensorus kvēldiega uztīšanas procesā spiedtvertnēs.
Tā kā oglekļa šķiedra spēj vadīt elektrību, tā var radīt problēmas ar dielektriskiem sensoriem. Dielektriskajos sensoros tiek izmantoti divi elektrodi, kas novietoti tuvu viens otram.” Ja šķiedras savieno elektrodus, tās rada sensora īssavienojumu,” skaidro Lambient dibinātājs Huans Lī. Šādā gadījumā izmantojiet filtru.” Filtrs ļauj sveķiem iziet cauri sensoriem, bet izolē tos no oglekļa šķiedras. Krenfīldas universitātes un NCC izstrādātais lineārais dielektriskais sensors izmanto atšķirīgu pieeju, tostarp divus savītus vara vadu pārus.Kad tiek pielietots spriegums, starp vadiem tiek izveidots elektromagnētiskais lauks, ko izmanto sveķu pretestības mērīšanai. Vadi ir pārklāti ar izolējošu polimēru, kas neietekmē elektrisko lauku, bet novērš oglekļa šķiedras īssavienojumu.
Protams, problēma ir arī izmaksas. Com&Sens norāda, ka vidējās izmaksas uz vienu FBG sensora punktu ir 50–125 eiro, kas var samazināties līdz aptuveni 25–35 eiro, ja to izmanto partijās (piemēram, 100 000 spiedtvertnēm). tikai daļa no pašreizējās un prognozētās kompozītmateriālu spiedtvertņu ražošanas jaudas, skatiet CW 2021. gada rakstu par ūdeņradi.) Meggitt's Karapapas saka, ka viņš ir saņēmis piedāvājumus par optiskās šķiedras līnijām ar FBG sensoriem, kuru vidējā cena ir 250 £ par sensoru (≈300 € par sensoru). Pratinātāja vērtība ir aptuveni 10 000 £ (12 000 eiro). "Mūsu pārbaudītais lineārais dielektriskais sensors vairāk atgādināja vadu ar pārklājumu, ko varat iegādāties no plaukta," viņš piebilda. vecākais pētnieks) kompozītmateriālu procesu zinātnē Krenfīldas universitātē, "ir ļoti precīzs pretestības analizators, kas maksā vismaz 30 000 £ [≈ 36 000 eiro], taču NCC izmanto daudz vienkāršāku jautātāju, kas pamatā sastāv no gatavām ierīcēm. moduļi no komercsabiedrības Advise Deta [Bedforda, Lielbritānija]. Synthesites piedāvā 1190 eiro par veidnē iebūvētiem sensoriem un 20 eiro vienreizlietojamiem/detaļajiem sensoriem EUR valūtā Optiflow tiek kotēts EUR 3900 un Optimold — EUR 7200, ar pieaugošām atlaidēm vairāku analizatoru vienībām. Šajās cenās ir iekļauta programmatūra Optiview un jebkura cita nepieciešamo atbalstu, sacīja Pantelelis, piebilstot, ka vēja lāpstiņu ražotāji ietaupa 1,5 stundas vienā ciklā, pievieno lāpstiņas katrai līnijai mēnesī un samazina enerģijas patēriņu par 20 procentiem, un ieguldījumu atdeve ir tikai četri mēneši.
Uzņēmumi, kas izmanto sensorus, iegūs priekšrocības, attīstoties kompozītmateriālu 4.0 digitālajai ražošanai. Piemēram, saka Gregoire Beauduin, Com&Sens biznesa attīstības direktors: “Tā kā spiedtvertņu ražotāji cenšas samazināt svaru, materiālu patēriņu un izmaksas, viņi var izmantot mūsu sensorus, lai to pamatotu. to konstrukcijas un uzrauga ražošanu, līdz 2030. gadam tie sasniedz nepieciešamo līmeni. Tie paši sensori, ko izmanto, lai novērtētu deformācijas līmeni slāņos kvēldiega uztīšanas un sacietēšanas laikā, var arī uzraudzīt tvertnes integritāti tūkstošiem degvielas uzpildes ciklu laikā, paredzēt nepieciešamo apkopi un atkārtoti sertificēt projektēšanas beigās. dzīvi. Mēs varam Katrai saražotajai kompozītmateriālam spiedtvertnei tiek nodrošināts digitālais dvīņu datu kopums, un risinājums tiek izstrādāts arī satelītiem.
Digitālo dvīņu un pavedienu iespējošana Com&Sens sadarbojas ar kompozītmateriālu ražotāju, lai izmantotu savus optisko šķiedru sensorus, lai nodrošinātu digitālo datu plūsmu projektēšanas, ražošanas un apkalpošanas laikā (pa labi), lai atbalstītu digitālās ID kartes, kas atbalsta katras izgatavotās daļas digitālo dvīņu (pa kreisi). Attēla kredīts: Com&Sens un 1. attēls, V. Singh, K. Wilcox “Inženierzinātne ar digitālajiem pavedieniem”.
Tādējādi sensoru dati atbalsta digitālo dvīņu, kā arī digitālo pavedienu, kas aptver projektēšanu, ražošanu, pakalpojumu darbības un novecošanos.Kad šie dati tiek analizēti, izmantojot mākslīgo intelektu un mašīnmācīšanos, tie tiek izmantoti projektēšanā un apstrādē, uzlabojot veiktspēju un ilgtspējību. ir mainījis arī veidu, kā piegādes ķēdes darbojas kopā. Piemēram, līmju ražotājs Kiilto (Tampere, Somija) izmanto Collo sensorus, lai palīdzētu saviem klientiem kontrolēt A, B uc komponentu attiecību savās daudzkomponentu līmes maisīšanas iekārtās. tagad var pielāgot savu adhezīvu sastāvu individuāliem klientiem,” saka Järveläinens, “taču tas arī ļauj Kiilto saprast, kā sveķi mijiedarbojas klientu procesos un kā klienti mijiedarbojas ar saviem produktiem, kas maina piegādes veidu. Ķēdes var darboties kopā.
OPTO-Light izmanto Kistler, Netzsch un Synthesites sensorus, lai uzraudzītu termoplastisku epoksīda CFRP detaļu sacietēšanu. Attēla kredīts: AZL
Sensori atbalsta arī novatoriskas jaunu materiālu un procesu kombinācijas.Aprakstīts CW 2019. gada rakstā par projektu OPTO-Light (sk. “Thermoplastic Overmolding Thermosets, 2-Minute Cycle, One Battery”), AZL Aachen (Āhene, Vācija) izmanto divpakāpju metodi. process, lai horizontāli saspiestu vienu To (UD) oglekļa šķiedras/epoksīda prepregu, pēc tam pārveidots ar 30% īsu stikla šķiedru pastiprinātu PA6. Galvenais ir tikai daļēji sacietēt prepreg, lai atlikušā epoksīda reaktivitāte varētu nodrošināt savienojumu ar termoplastu. .AZL izmanto Optimold un Netzsch DEA288 Epsilon analizatorus ar Synthesites un Netzsch dielektriskiem sensoriem un Kistler in-mold sensoriem un DataFlow programmatūru, lai optimizētu iesmidzināšanas formēšanu. izprast sacietēšanas stāvokli, lai panāktu labu savienojumu ar termoplastisko pārveidošanu,” skaidro AZL pētnieks Ričards Šaress. "Nākotnē process var būt adaptīvs un inteliģents, procesa rotāciju aktivizē sensoru signāli."
Tomēr pastāv būtiska problēma, saka Järveläinen, "tā ir klientu izpratnes trūkums par to, kā integrēt šos dažādos sensorus savos procesos. Lielākajai daļai uzņēmumu nav sensoru ekspertu. Pašlaik sensoru ražotājiem un klientiem ir jāapmainās ar informāciju. Tādas organizācijas kā AZL, DLR (Augsburga, Vācija) un NCC izstrādā vairāku sensoru zināšanas. Sause teica, ka UNA ir grupas, kā arī atdalītas organizācijas. uzņēmumi, kas piedāvā sensoru integrāciju un digitālos dvīņu pakalpojumus.Viņš piebilda, ka Augsburgas mākslīgā intelekta tīkls šim nolūkam ir noīrējis 7000 kvadrātmetru lielu telpu, “paplašinot CosiMo attīstības plānu līdz ļoti plašai jomai, tostarp saistītajām automatizācijas šūnām, kur rūpnieciskie partneri var izvietot mašīnas, vadīt projektus un iemācīties integrēt jaunus AI risinājumus.
Carapappas teica, ka Meggitt dielektrisko sensoru demonstrācija NCC bija tikai pirmais solis šajā virzienā. “Visbeidzot, es vēlos pārraudzīt savus procesus un darbplūsmas un ievadīt tos mūsu ERP sistēmā, lai es jau laikus zinātu, kuras sastāvdaļas ražot un kādus cilvēkus nepieciešamība un kādus materiālus pasūtīt. Attīstās digitālā automatizācija.
Laipni lūdzam tiešsaistes SourceBook, kas atbilst CompositesWorld ikgadējam drukātajam SourceBook Composites Industry Buyer's Guide izdevumam.
Spirit AeroSystems ievieš Airbus viedo dizainu A350 centra fizelāžai un priekšējām daļām Kingstonā, NC
Publicēšanas laiks: 20.-20.2022
