Dalam usaha mengejar kemampanan, penderia mengurangkan masa kitaran, penggunaan tenaga dan pembaziran, mengautomasikan kawalan proses gelung tertutup dan meningkatkan pengetahuan, membuka kemungkinan baharu untuk pembuatan dan struktur pintar.#sensors #sustainability #SHM
Penderia di sebelah kiri (atas ke bawah): fluks haba (TFX), dielektrik dalam acuan (Lambient), ultrasonik (University of Augsburg), dielektrik pakai buang (Sintesis) dan antara sen dan termokopel Microwire (AvPro).Graf (atas, mengikut arah jam): Pemalar dielektrik Collo (CP) berbanding kelikatan ion Collo (CIV), rintangan resin berbanding masa (Sintesis) dan model digital prabentuk implan kaprolaktam menggunakan penderia elektromagnet (projek CosiMo, DLR ZLP, Universiti Augsburg).
Memandangkan industri global terus muncul daripada pandemik COVID-19, ia telah beralih kepada mengutamakan kemampanan, yang memerlukan pengurangan pembaziran dan penggunaan sumber (seperti tenaga, air dan bahan). Akibatnya, pembuatan mesti menjadi lebih cekap dan lebih bijak. .Tetapi ini memerlukan maklumat.Untuk komposit, dari manakah data ini datang?
Seperti yang diterangkan dalam siri artikel 2020 Composites 4.0 CW, mentakrifkan ukuran yang diperlukan untuk meningkatkan kualiti dan pengeluaran bahagian, serta penderia yang diperlukan untuk mencapai ukuran tersebut, ialah langkah pertama dalam pembuatan pintar. Sepanjang 2020 dan 2021, CW melaporkan tentang penderia—dielektrik penderia, penderia fluks haba, penderia gentian optik dan penderia bukan sentuhan menggunakan gelombang ultrasonik dan elektromagnet—serta projek yang menunjukkan keupayaannya (lihat set kandungan penderia dalam talian CW). Artikel ini membina laporan ini dengan membincangkan penderia yang digunakan dalam komposit bahan, faedah dan cabaran yang dijanjikan, dan landskap teknologi yang sedang dibangunkan. Terutamanya, syarikat yang muncul sebagai peneraju dalam industri komposit sudah pun meneroka dan mengemudi ruang ini.
Rangkaian penderia dalam CosiMo Rangkaian 74 penderia – 57 daripadanya ialah penderia ultrasonik yang dibangunkan di Universiti Augsburg (ditunjukkan di sebelah kanan, titik biru muda di bahagian atas dan bahagian acuan bawah) – digunakan untuk penunjuk Tudung untuk T-RTM membentuk projek CosiMo untuk bateri komposit termoplastik. Kredit imej: projek CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Universiti Augsburg
Matlamat #1: Jimat wang.Blog Disember 2021 CW, “Penderia Ultrasonik Tersuai untuk Pengoptimuman dan Kawalan Proses Komposit,” menerangkan kerja di Universiti Augsburg (UNA, Augsburg, Jerman) untuk membangunkan rangkaian 74 penderia yang Untuk CosiMo projek untuk mengeluarkan penunjuk penutup bateri EV (bahan komposit dalam pengangkutan pintar).Bahagian itu dibuat menggunakan pengacuan pemindahan resin termoplastik (T-RTM), yang mempolimerkan monomer kaprolaktam in situ menjadi komposit poliamida 6 (PA6). Markus Sause, Profesor di UNA dan Ketua Rangkaian Pengeluaran Kecerdasan Buatan (AI) UNA di Augsburg, menjelaskan mengapa penderia sangat penting: “Kelebihan terbesar yang kami tawarkan ialah visualisasi apa yang berlaku di dalam kotak hitam semasa pemprosesan. Pada masa ini, kebanyakan pengeluar mempunyai sistem terhad untuk mencapai matlamat ini. Sebagai contoh, mereka menggunakan penderia yang sangat mudah atau khusus apabila menggunakan infusi resin untuk membuat bahagian aeroangkasa yang besar. Jika proses infusi menjadi salah, anda pada dasarnya mempunyai sekeping besar sekerap. Tetapi jika anda mempunyai penyelesaian penyelesaian untuk memahami masalah yang berlaku dalam proses pengeluaran dan sebabnya, anda boleh membetulkannya dan membetulkannya, menjimatkan banyak wang anda.”
Termokopel ialah contoh "sensor ringkas atau khusus" yang telah digunakan selama beberapa dekad untuk memantau suhu lamina komposit semasa pengawetan autoklaf atau ketuhar. Ia juga digunakan untuk mengawal suhu dalam ketuhar atau selimut pemanas untuk menyembuhkan patch pembaikan komposit menggunakan pengikat terma.Pengeluar resin menggunakan pelbagai sensor dalam makmal untuk memantau perubahan dalam kelikatan resin dari semasa ke semasa dan suhu untuk membangunkan formulasi penawar. Walau bagaimanapun, apa yang muncul ialah rangkaian sensor yang boleh menggambarkan dan mengawal proses pembuatan di situ berdasarkan berbilang parameter (cth, suhu dan tekanan) dan keadaan bahan (cth, kelikatan, pengagregatan, penghabluran).
Sebagai contoh, penderia ultrasonik yang dibangunkan untuk projek CosiMo menggunakan prinsip yang sama seperti pemeriksaan ultrasonik, yang telah menjadi teras utama dalam ujian tidak merosakkan (NDI) bahagian komposit siap.Petros Karapapas, Jurutera Utama di Meggitt (Loughborough, UK), berkata: "Matlamat kami adalah untuk meminimumkan masa dan tenaga kerja yang diperlukan untuk pemeriksaan pasca pengeluaran komponen masa depan sambil kami bergerak ke arah pembuatan digital." Kerjasama Pusat Bahan (NCC, Bristol, UK) untuk menunjukkan pemantauan gelang Solvay (Alpharetta, GA, USA) EP 2400 semasa RTM menggunakan penderia dielektrik linear yang dibangunkan di Cranfield University (Cranfield, UK) Aliran dan pengawetan oksiresin untuk 1.3 m panjang, 0.8 m lebar dan 0.4 m dalam cangkang komposit untuk penukar haba enjin pesawat komersial. ujian pada setiap bahagian," kata Karapapas. "Sekarang, kami membuat panel ujian di sebelah bahagian RTM ini dan kemudian melakukan ujian mekanikal untuk mengesahkan kitaran penyembuhan. Tetapi dengan sensor ini, itu tidak perlu.”
Probe Collo direndam dalam bekas pembancuh cat (bulatan hijau di bahagian atas) untuk mengesan apabila pencampuran selesai, menjimatkan masa dan tenaga. Kredit imej: ColloidTek Oy
"Matlamat kami bukan untuk menjadi peranti makmal lain, tetapi untuk memberi tumpuan kepada sistem pengeluaran," kata Matti Järveläinen, Ketua Pegawai Eksekutif dan pengasas ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finland). Blog CW Januari 2022 "Cecair Cap Jari untuk Komposit" meneroka Collo's gabungan penderia medan elektromagnet (EMF), pemprosesan isyarat dan analisis data untuk mengukur "cap jari" sebarang cecair seperti monomer, resin atau pelekat . "Apa yang kami tawarkan ialah teknologi baharu yang memberikan maklum balas langsung dalam masa nyata, supaya anda boleh lebih memahami cara proses anda sebenarnya berfungsi dan bertindak balas apabila berlaku masalah," kata Järveläinen. "Penderia kami menukar data masa nyata kepada kuantiti fizikal yang boleh difahami dan boleh diambil tindakan, seperti kelikatan reologi, yang membolehkan pengoptimuman proses. Sebagai contoh, anda boleh memendekkan masa pencampuran kerana anda dapat melihat dengan jelas apabila pencampuran selesai. Oleh itu, dengan Anda boleh meningkatkan produktiviti, menjimatkan tenaga dan mengurangkan sekerap berbanding pemprosesan yang kurang dioptimumkan.”
Matlamat #2: Meningkatkan pengetahuan proses dan visualisasi. Untuk proses seperti pengagregatan, Järveläinen berkata, “Anda tidak melihat banyak maklumat daripada hanya syot kilat. Anda hanya mengambil sampel dan pergi ke makmal dan melihat keadaannya beberapa minit atau jam yang lalu. Ia seperti memandu di lebuh raya, setiap jam Buka mata anda seminit dan cuba meramal ke mana jalan itu akan dituju.” Sause bersetuju, dengan menyatakan bahawa rangkaian sensor yang dibangunkan dalam CosiMo "membantu kami mendapatkan gambaran lengkap tentang proses dan tingkah laku material. Kita boleh melihat kesan tempatan dalam proses, sebagai tindak balas kepada Variasi dalam ketebalan bahagian atau bahan bersepadu seperti teras buih. Apa yang kami cuba lakukan ialah memberikan maklumat tentang apa yang sebenarnya berlaku dalam acuan. Ini membolehkan kami menentukan pelbagai maklumat seperti bentuk muka hadapan aliran, ketibaan setiap separuh masa dan tahap pengagregatan di setiap lokasi penderia.
Collo bekerjasama dengan pengeluar pelekat epoksi, cat dan juga bir untuk mencipta profil proses bagi setiap kelompok yang dihasilkan. Kini setiap pengeluar boleh melihat dinamik proses mereka dan menetapkan parameter yang lebih dioptimumkan, dengan amaran untuk campur tangan apabila kumpulan di luar spesifikasi. Ini membantu menstabilkan dan meningkatkan kualiti.
Video bahagian hadapan aliran dalam bahagian CosiMo (pintu masuk suntikan ialah titik putih di tengah) sebagai fungsi masa, berdasarkan data pengukuran daripada rangkaian penderia dalam acuan. Kredit imej: projek CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Universiti of Augsburg
"Saya ingin tahu apa yang berlaku semasa pembuatan bahagian, bukan membuka kotak dan melihat apa yang berlaku selepas itu," kata Meggitt's Karapapas. untuk mengesahkan pengawetan resin." Menggunakan kesemua enam jenis penderia yang diterangkan di bawah (bukan senarai lengkap, hanya pilihan kecil, pembekal juga), boleh memantau pengaliran penyembuhan/pempolimeran dan resin. Sesetengah penderia mempunyai keupayaan tambahan dan jenis penderia gabungan boleh mengembangkan kemungkinan penjejakan dan visualisasi semasa pengacuan komposit. Ini ditunjukkan semasa CosiMo, yang menggunakan penderia dalam mod ultrasonik, dielektrik dan piezoresistif untuk pengukuran suhu dan tekanan oleh Kistler (Winterthur, Switzerland).
Matlamat #3: Kurangkan masa kitaran. Penderia Collo boleh mengukur keseragaman dua bahagian epoksi pengawetan cepat kerana bahagian A dan B dicampur dan disuntik semasa RTM dan di setiap lokasi dalam acuan di mana penderia tersebut diletakkan. Ini boleh membantu membolehkan resin penyembuhan yang lebih pantas untuk aplikasi seperti Urban Air Mobility (UAM), yang akan memberikan kitaran penyembuhan yang lebih cepat berbanding dengan epoksi satu bahagian semasa seperti RTM6.
Penderia Collo juga boleh memantau dan menggambarkan epoksi dinyahgas, disuntik dan diawet, dan apabila setiap proses selesai. Penamat pengawetan dan proses lain berdasarkan keadaan sebenar bahan yang sedang diproses (berbanding resipi masa dan suhu tradisional) dipanggil pengurusan keadaan bahan (MSM).Syarikat seperti AvPro (Norman, Oklahoma, Amerika Syarikat) telah mengejar MSM selama beberapa dekad untuk menjejaki perubahan dalam bahan dan proses bahagian kerana ia mengejar sasaran khusus untuk suhu peralihan kaca (Tg), kelikatan, pempolimeran dan/atau penghabluran .Sebagai contoh, rangkaian penderia dan analisis digital dalam CosiMo digunakan untuk menentukan masa minimum yang diperlukan untuk memanaskan mesin penekan dan acuan RTM dan mendapati 96% daripada pempolimeran maksimum dicapai dalam 4.5 minit.
Pembekal penderia dielektrik seperti Lambient Technologies (Cambridge, MA, USA), Netzsch (Selb, Jerman) dan Synthesites (Uccle, Belgium) juga telah menunjukkan keupayaan mereka untuk mengurangkan masa kitaran. Projek R&D Synthesites dengan pengeluar komposit Hutchinson (Paris, Perancis ) dan Bombardier Belfast (kini Spirit AeroSystems (Belfast, Ireland)) melaporkan bahawa berdasarkan pengukuran masa nyata rintangan dan suhu resin, melalui unit pemerolehan data Optimold dan Perisian Optiview menukar kepada anggaran kelikatan dan Tg.“Pengilang boleh melihat Tg dalam masa nyata, jadi mereka boleh memutuskan bila hendak menghentikan kitaran pengawetan,” jelas Nikos Pantelelis, Pengarah Synthesites. “Mereka tidak perlu menunggu untuk melengkapkan kitaran pemindahan yang lebih lama daripada yang diperlukan. Sebagai contoh, kitaran tradisional untuk RTM6 ialah penawar penuh selama 2 jam pada 180°C. Kami telah melihat bahawa ini boleh dipendekkan kepada 70 minit dalam beberapa geometri. Ini juga ditunjukkan dalam projek INNOTOOL 4.0 (lihat "Mempercepatkan RTM dengan Penderia Fluks Haba"), di mana penggunaan penderia fluks haba memendekkan kitaran penyembuhan RTM6 daripada 120 minit kepada 90 minit.
Matlamat #4: Kawalan gelung tertutup bagi proses penyesuaian. Untuk projek CosiMo, matlamat utama adalah untuk mengautomasikan kawalan gelung tertutup semasa pengeluaran bahagian komposit. Ini juga merupakan matlamat projek ZAero dan iComposite 4.0 yang dilaporkan oleh CW dalam 2020 (30-50% pengurangan kos). Ambil perhatian bahawa ini melibatkan proses yang berbeza – peletakan automatik pita prepreg (ZAero) dan pembentuk semburan gentian berbanding T-RTM tekanan tinggi dalam CosiMo untuk RTM dengan epoksi pengawetan cepat (iComposite 4.0). Semua daripada projek ini menggunakan penderia dengan model digital dan algoritma untuk mensimulasikan proses dan meramalkan hasil bahagian siap.
Kawalan proses boleh dianggap sebagai satu siri langkah, jelas Sause. Langkah pertama adalah untuk menyepadukan penderia dan peralatan proses, katanya, “untuk memvisualisasikan apa yang berlaku dalam kotak hitam dan parameter untuk digunakan. Beberapa langkah lain, mungkin separuh daripada kawalan gelung tertutup, dapat menekan butang berhenti untuk campur tangan, Menala proses dan menghalang bahagian yang ditolak. Sebagai langkah terakhir, anda boleh membangunkan kembar digital, yang boleh diautomasikan, tetapi juga memerlukan pelaburan dalam kaedah pembelajaran mesin.” Dalam CosiMo, pelaburan ini membolehkan penderia menyuap data ke dalam kembar digital, analisis Edge (pengiraan yang dilakukan di tepi barisan pengeluaran berbanding pengiraan daripada repositori data pusat) kemudian digunakan untuk meramalkan dinamik hadapan aliran, kandungan volum gentian setiap prabentuk tekstil dan bintik kering yang berpotensi."Sebaik-baiknya, anda boleh mewujudkan tetapan untuk membolehkan kawalan gelung tertutup dan penalaan dalam proses," kata Sause. "Ini akan termasuk parameter seperti tekanan suntikan, tekanan acuan dan suhu. Anda juga boleh menggunakan maklumat ini untuk mengoptimumkan bahan anda.”
Dengan berbuat demikian, syarikat menggunakan penderia untuk mengautomasikan proses. Contohnya, Synthesites sedang bekerjasama dengan pelanggannya untuk menyepadukan penderia dengan peralatan untuk menutup salur masuk resin apabila penyerapan selesai, atau menghidupkan penekan haba apabila penawar sasaran dicapai.
Järveläinen menyatakan bahawa untuk menentukan penderia yang terbaik untuk setiap kes penggunaan, "anda perlu memahami perubahan dalam bahan dan proses yang anda ingin pantau, dan kemudian anda perlu mempunyai penganalisis." Penganalisis memperoleh data yang dikumpul oleh penyiasat atau unit pemerolehan data. data mentah dan menukarnya kepada maklumat yang boleh digunakan oleh pengilang. "Anda sebenarnya melihat banyak syarikat menyepadukan penderia, tetapi kemudian mereka tidak melakukan apa-apa dengan data itu," kata Sause. Apa yang diperlukan, jelasnya, ialah "sebuah sistem pemerolehan data, serta seni bina storan data untuk dapat memproses data."
“Pengguna akhir bukan sahaja mahu melihat data mentah,” kata Järveläinen. untuk analisis, dan kemudian gunakan pembelajaran mesin untuk mempercepatkan proses." Analisis kelebihan dan pendekatan pembelajaran mesin yang digunakan oleh pasukan Collo dan CosiMo ini boleh dicapai melalui peta kelikatan, model berangka hadapan aliran resin, dan Keupayaan untuk mengawal parameter dan mesin proses akhirnya divisualisasikan.
Optimold ialah penganalisis yang dibangunkan oleh Synthesites untuk penderia dielektriknya. Dikawal oleh perisian Optiview Synthesites, unit Optimold menggunakan suhu dan ukuran rintangan resin untuk mengira dan memaparkan graf masa nyata untuk memantau status resin termasuk nisbah campuran, penuaan kimia, kelikatan, Tg dan tahap penyembuhan.Ia boleh digunakan dalam proses prapreg dan pembentukan cecair.Unit berasingan Optiflow digunakan untuk pemantauan aliran.Sintesis juga telah membangunkan simulator pengawetan yang tidak memerlukan sensor pengawetan dalam acuan atau bahagian, tetapi sebaliknya menggunakan penderia suhu dan sampel resin/prepreg dalam unit penganalisis ini. "Kami menggunakan kaedah tercanggih ini untuk infusi dan pengawetan pelekat untuk pengeluaran bilah turbin angin," kata Nikos Pantelelis, Pengarah Sintesis.
Sistem kawalan proses Synthesites menyepadukan penderia, Optiflow dan/atau unit pemerolehan data Optimold dan perisian OptiView dan/atau Online Resin Status (ORS). Kredit imej: Synthesites, disunting oleh The CW
Oleh itu, kebanyakan pembekal penderia telah membangunkan penganalisis mereka sendiri, sesetengahnya menggunakan pembelajaran mesin dan sesetengahnya tidak. Tetapi pengeluar komposit juga boleh membangunkan sistem tersuai mereka sendiri atau membeli instrumen di luar rak dan mengubah suainya untuk memenuhi keperluan khusus. Walau bagaimanapun, keupayaan penganalisis adalah hanya satu faktor yang perlu dipertimbangkan.Terdapat banyak lagi.
Sentuhan juga merupakan pertimbangan penting apabila memilih penderia yang hendak digunakan. Penderia mungkin perlu bersentuhan dengan bahan, penyiasat atau kedua-duanya. Contohnya, fluks haba dan penderia ultrasonik boleh dimasukkan ke dalam acuan RTM 1-20mm dari permukaan – pemantauan yang tepat tidak memerlukan sentuhan dengan bahan dalam acuan. Penderia ultrasonik juga boleh menyoal bahagian pada kedalaman yang berbeza bergantung pada frekuensi yang digunakan. Penderia elektromagnet Collo juga boleh membaca kedalaman cecair atau bahagian – 2-10 cm, bergantung mengenai kekerapan soal siasat – dan melalui bekas bukan logam atau alatan yang bersentuhan dengan resin.
Walau bagaimanapun, wayar mikro magnetik (lihat "Pemantauan tanpa sentuhan suhu dan tekanan di dalam komposit") ialah satu-satunya penderia yang mampu menyoal siasat komposit pada jarak 10 cm. Ini kerana ia menggunakan aruhan elektromagnet untuk mendapatkan tindak balas daripada penderia, yang tertanam dalam bahan komposit.Penderia wayar mikro ThermoPulse AvPro, yang tertanam dalam lapisan ikatan pelekat, telah disoal siasat melalui lamina gentian karbon tebal 25mm untuk mengukur suhu semasa proses ikatan. Memandangkan wayar mikro mempunyai diameter berbulu 3-70 mikron, ia tidak menjejaskan prestasi komposit atau garis ikatan. Pada diameter 100-200 mikron yang lebih besar sedikit, penderia gentian optik juga boleh dibenamkan tanpa merendahkan sifat struktur. Walau bagaimanapun, kerana ia menggunakan cahaya untuk mengukur, penderia gentian optik mesti mempunyai sambungan berwayar ke penyiasat.Begitu juga, memandangkan penderia dielektrik menggunakan voltan untuk mengukur sifat resin, ia juga mesti disambungkan kepada penyiasat, dan kebanyakannya juga mesti bersentuhan dengan resin yang mereka pantau.
Penderia Collo Probe (atas) boleh direndam dalam cecair, manakala Collo Plate (bawah) dipasang di dinding vesel/bekas pencampur atau saluran paip/suapan proses. Kredit imej: ColloidTek Oy
Keupayaan suhu penderia adalah satu lagi pertimbangan utama.Sebagai contoh, kebanyakan penderia ultrasonik di luar rak biasanya beroperasi pada suhu sehingga 150°C, tetapi bahagian dalam CosiMo perlu dibentuk pada suhu melebihi 200°C.Oleh itu, UNA terpaksa mereka bentuk penderia ultrasonik dengan keupayaan ini. Penderia dielektrik pakai buang Lambient boleh digunakan pada permukaan bahagian sehingga 350°C, dan penderia dalam acuan boleh guna semula boleh digunakan sehingga 250°C. RVmagnetics (Kosice, Slovakia) telah berkembang penderia wayar mikronya untuk bahan komposit yang boleh menahan pengawetan pada 500°C. Walaupun teknologi penderia Collo itu sendiri tidak mempunyai had suhu teori, perisai kaca terbaja untuk Plat Collo dan perumah polietheretherketone (PEEK) baharu untuk Probe Collo diuji. untuk tugas berterusan pada 150°C, menurut Järveläinen. Sementara itu, PhotonFirst (Alkmaar, Belanda) menggunakan salutan polimida untuk menyediakan suhu operasi 350°C bagi penderia gentian optiknya untuk projek SuCoHS, untuk kelestarian dan kos- komposit suhu tinggi yang berkesan.
Faktor lain yang perlu dipertimbangkan, terutamanya untuk pemasangan, ialah sama ada penderia mengukur pada satu titik atau ialah penderia linear dengan berbilang titik penderiaan. Contohnya, penderia gentian optik Com&Sens (Eke, Belgium) boleh mempunyai panjang sehingga 100 meter dan mempunyai ciri yang lebih tinggi. hingga 40 titik pengesan Bragg grating (FBG) gentian dengan jarak minimum 1 cm. Penderia ini telah digunakan untuk pemantauan kesihatan struktur (SHM) jambatan komposit sepanjang 66 meter dan pemantauan aliran resin semasa penyerapan dek jambatan besar. Memasang penderia titik individu untuk projek sedemikian akan memerlukan sejumlah besar penderia dan banyak masa pemasangan.NCC dan Cranfield University menuntut kelebihan yang sama untuk penderia dielektrik linear mereka. Berbanding dengan penderia dielektrik titik tunggal yang ditawarkan oleh Lambient, Netzsch dan Synthesites, " Dengan sensor linear kami, kami boleh memantau aliran resin secara berterusan sepanjang panjang, yang mengurangkan bilangan sensor yang diperlukan dalam bahagian atau alat dengan ketara.
AFP NLR untuk Penderia Gentian Optik Satu unit khas disepadukan ke dalam saluran ke-8 kepala Coriolis AFP untuk meletakkan empat susunan penderia gentian optik ke dalam panel ujian komposit bertetulang gentian karbon bersuhu tinggi. Kredit imej: Projek SuCoHS, NLR
Penderia linear juga membantu mengautomasikan pemasangan. Dalam projek SuCoHS, Royal NLR (Pusat Aeroangkasa Belanda, Marknesse) membangunkan unit khas yang disepadukan ke dalam ketua Penempatan Gentian Automatik (AFP) saluran ke-8 Coriolis Composites (Queven, Perancis) untuk membenamkan Empat tatasusunan ( talian gentian optik berasingan), masing-masing dengan 5 hingga 6 penderia FBG (PhotonFirst menawarkan sejumlah 23 penderia), dalam panel ujian gentian karbon. RVmagnetics telah meletakkan penderia wayar mikronya dalam rebar GFRP yang dipulrutkan.” Wayar tidak berterusan [1-4 sm panjang untuk kebanyakan wayar mikro komposit], tetapi diletakkan secara automatik secara berterusan apabila rebar dihasilkan,” kata Ratislav Varga, pengasas bersama RVmagnetics. “Anda mempunyai wayar mikro dengan wayar mikro 1km. gegelung filamen dan masukkannya ke dalam kemudahan pengeluaran rebar tanpa mengubah cara rebar dibuat." Sementara itu, Com&Sens sedang mengusahakan teknologi automatik untuk membenamkan penderia gentian optik semasa proses penggulungan filamen dalam bekas tekanan.
Kerana keupayaannya untuk mengalirkan elektrik, gentian karbon boleh menyebabkan masalah dengan penderia dielektrik. Penderia dielektrik menggunakan dua elektrod yang diletakkan berdekatan antara satu sama lain. "Jika gentian menyatukan elektrod, ia akan membuat litar pintas penderia," jelas pengasas Lambient, Huan Lee. Dalam kes ini, gunakan penapis."Penapis membenarkan resin melepasi penderia, tetapi melindunginya daripada gentian karbon." Penderia dielektrik linear yang dibangunkan oleh Cranfield University dan NCC menggunakan pendekatan yang berbeza, termasuk dua pasang wayar tembaga yang dipintal. Apabila voltan digunakan, medan elektromagnet tercipta di antara wayar, yang digunakan untuk mengukur impedans resin. Wayar disalut dengan polimer penebat yang tidak menjejaskan medan elektrik, tetapi menghalang gentian karbon daripada terputus.
Sudah tentu, kos juga menjadi isu. Com&Sens menyatakan bahawa kos purata bagi setiap titik penderiaan FBG ialah 50-125 euro, yang mungkin turun kepada sekitar 25-35 euro jika digunakan secara berkelompok (cth, untuk 100,000 vesel tekanan).(Ini adalah hanya sebahagian kecil daripada kapasiti pengeluaran semasa dan unjuran bekas tekanan komposit, lihat artikel CW 2021 tentang hidrogen.) Karapapas Meggitt mengatakan bahawa dia telah menerima tawaran untuk talian gentian optik dengan sensor FBG dengan purata £250/sensor (≈300€/sensor), penyiasat bernilai kira-kira £10,000 (€12,000)."Penderia dielektrik linear yang kami uji adalah lebih seperti wayar bersalut yang boleh anda beli dari rak," tambahnya."Penyiasat yang kami gunakan," tambah Alex Skordos, pembaca ( penyelidik kanan) dalam Sains Proses Komposit di Universiti Cranfield, "adalah penganalisis impedans, yang sangat tepat dan berharga sekurang-kurangnya £30,000 [≈ €36,000], Tetapi NCC menggunakan penyiasat yang lebih mudah yang pada asasnya terdiri daripada di luar rak. modul daripada syarikat komersial Advise Deta [Bedford, UK].” Synthesites memetik €1,190 untuk penderia dalam acuan dan €20 untuk penderia guna tunggal/bahagian Dalam EUR, Optiflow disebut harga EUR 3,900 dan Optimold pada EUR 7,200, dengan peningkatan diskaun untuk berbilang unit penganalisis. Harga ini termasuk perisian Optiview dan sebarang sokongan yang diperlukan, kata Pantelelis, sambil menambah bahawa pengeluar bilah angin menjimatkan 1.5 jam setiap kitaran, menambah bilah setiap baris setiap bulan, dan mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak 20 peratus, dengan pulangan pelaburan hanya selama empat bulan.
Syarikat yang menggunakan penderia akan mendapat kelebihan apabila pembuatan digital komposit 4.0 berkembang. Contohnya, kata Grégoire Beauduin, Pengarah Pembangunan Perniagaan di Com&Sens, "Memandangkan pengeluar kapal tekanan cuba mengurangkan berat, penggunaan bahan dan kos, mereka boleh menggunakan penderia kami untuk mewajarkan reka bentuk mereka dan memantau pengeluaran apabila mereka mencapai tahap yang diperlukan menjelang 2030. Penderia yang sama digunakan untuk menilai tahap terikan dalam lapisan semasa penggulungan dan pengawetan filamen juga boleh memantau integriti tangki semasa beribu-ribu kitaran mengisi minyak, meramalkan penyelenggaraan yang diperlukan dan mengesahkan semula pada akhir reka bentuk kehidupan. Kita boleh Kumpulan data berkembar digital disediakan untuk setiap bekas tekanan komposit yang dihasilkan, dan penyelesaiannya juga sedang dibangunkan untuk satelit.”
Mendayakan kembar dan benang digital Com&Sens sedang bekerjasama dengan pengeluar komposit untuk menggunakan penderia gentian optiknya bagi membolehkan aliran data digital melalui reka bentuk, pengeluaran dan perkhidmatan (kanan) untuk menyokong kad ID digital yang menyokong kembar digital setiap bahagian (kiri) yang dibuat. Kredit imej: Com&Sens dan Rajah 1, “Kejuruteraan dengan Benang Digital” oleh V. Singh, K. Wilcox.
Oleh itu, data penderia menyokong kembar digital, serta benang digital yang merangkumi reka bentuk, pengeluaran, operasi perkhidmatan dan usang. Apabila dianalisis menggunakan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin, data ini kembali ke reka bentuk dan pemprosesan, meningkatkan prestasi dan kemampanan. Ini juga telah mengubah cara rantaian bekalan berfungsi bersama. Contohnya, pengilang pelekat Kiilto (Tampere, Finland) menggunakan penderia Collo untuk membantu pelanggannya mengawal nisbah komponen A, B, dsb. dalam peralatan pencampuran pelekat berbilang komponen mereka.”Kiilto kini boleh melaraskan komposisi pelekatnya untuk pelanggan individu,” kata Järveläinen, “tetapi ia juga membolehkan Kiilto memahami cara resin berinteraksi dalam proses pelanggan, dan cara pelanggan berinteraksi dengan produk mereka, yang mengubah cara bekalan dibuat. Rantai boleh berfungsi bersama-sama.”
OPTO-Light menggunakan penderia Kistler, Netzsch dan Synthesites untuk memantau pengawetan bagi bahagian CFRP epoksi terlampau termoplastik. Kredit imej: AZL
Penderia juga menyokong gabungan bahan dan proses baharu yang inovatif. Diterangkan dalam artikel CW 2019 mengenai projek OPTO-Light (lihat “Termoset Termoplastik Termolek, Kitaran 2 Minit, Satu Bateri”), AZL Aachen (Aachen, Jerman) menggunakan dua langkah proses untuk memampatkan secara mendatar satu Untuk (UD) gentian karbon/prepreg epoksi, kemudian overmolded dengan 30% gentian kaca pendek bertetulang PA6. Kuncinya ialah hanya menyembuhkan sebahagian prepreg supaya kereaktifan yang tinggal dalam epoksi boleh membolehkan ikatan pada termoplastik .AZL menggunakan penganalisis Optimold dan Netzsch DEA288 Epsilon dengan penderia dielektrik Synthesites dan Netzsch serta penderia dalam acuan Kistler dan perisian DataFlow untuk mengoptimumkan pengacuan suntikan."Anda perlu mempunyai pemahaman yang mendalam tentang proses pengacuan mampatan prepreg kerana anda perlu memastikan anda memahami keadaan penyembuhan untuk mencapai sambungan yang baik kepada overmolding termoplastik, "jelas jurutera penyelidik AZL Richard Schares. "Pada masa hadapan, proses itu mungkin adaptif Dan pintar, putaran proses dicetuskan oleh isyarat sensor."
Walau bagaimanapun, terdapat masalah asas, kata Järveläinen, "dan itu adalah kekurangan pemahaman oleh pelanggan tentang cara mengintegrasikan penderia yang berbeza ini ke dalam proses mereka. Kebanyakan syarikat tidak mempunyai pakar sensor.” Pada masa ini, langkah ke hadapan memerlukan pengeluar sensor dan pelanggan Bertukar maklumat berulang-alik.Organisasi seperti AZL, DLR (Augsburg, Jerman) dan NCC sedang membangunkan kepakaran berbilang sensor. Sause berkata terdapat kumpulan dalam UNA, serta spin-off syarikat yang menawarkan penyepaduan sensor dan perkhidmatan kembar digital. Beliau menambah bahawa rangkaian pengeluaran AI Augsburg telah menyewa kemudahan seluas 7,000 meter persegi untuk tujuan ini, “memperluaskan pelan tindakan pembangunan CosiMo kepada skop yang sangat luas, termasuk sel automasi yang dipautkan, di mana rakan kongsi industri boleh Meletakkan mesin, menjalankan projek dan belajar cara mengintegrasikan penyelesaian AI baharu.”
Carapappas berkata bahawa demonstrasi sensor dielektrik Meggitt di NCC hanyalah langkah pertama dalam hal itu. keperluan dan bahan yang hendak dipesan. Automasi digital berkembang.”
Selamat datang ke SourceBook dalam talian, yang sepadan dengan edisi cetakan tahunan CompositesWorld bagi Panduan Pembeli Industri CompositeBook Source.
Spirit AeroSystems Melaksanakan Reka Bentuk Pintar Airbus untuk Fiuslaj Pusat A350 dan Spars Depan di Kingston, NC
Masa siaran: Mei-20-2022
