Italienska OEM och Tier 1-leverantören Leonardo samarbetade med CETMAs FoU-avdelning för att utveckla nya kompositmaterial, maskiner och processer, inklusive induktionssvetsning för konsolidering av termoplastiska kompositer på plats.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, en ledare inom produktion av kompositmaterial, tillverkar ett stycke flygkroppstunnor för Boeing 787. Man samarbetar med CETMA för att utveckla ny teknik inklusive kontinuerlig formpressning (CCM) och SQRTM (botten).Produktionsteknik.Källa |Leonardo och CETMA
Den här bloggen är baserad på min intervju med Stefano Corvaglia, materialingenjör, FoU-direktör och chef för immateriella rättigheter på Leonardos flygplansstrukturavdelning (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola produktionsanläggningar, södra Italien), och en intervju med Dr. Silvio Pappadà, forskning ingenjör och chef.Samarbetsprojekt mellan CETMA (Brindisi, Italien) och Leonardo.
Leonardo (Rom, Italien) är en av världens största aktörer inom flyg-, försvars- och säkerhetsområdena, med en omsättning på 13,8 miljarder euro och mer än 40 000 anställda över hela världen.Företaget tillhandahåller heltäckande lösningar för luft, land, hav, rymd, nätverk och säkerhet, och obemannade system över hela världen.Leonardos FoU-investering är cirka 1,5 miljarder euro (11 % av 2019 års intäkter), på andra plats i Europa och fjärde i världen när det gäller forskningsinvesteringar inom flyg- och försvarsområdet.
Leonardo Aerostructures producerar ett stycke sammansatta flygkroppstunnor för delar 44 och 46 av Boeing 787 Dreamliner.Källa |Leonardo
Leonardo tillhandahåller, genom sin flygstrukturavdelning, världens stora civila flygplansprogram med tillverkning och montering av stora strukturella komponenter av kompositmaterial och traditionella material, inklusive flygkroppen och svansen.
Leonardo Aerostructures producerar sammansatta horisontella stabilisatorer för Boeing 787 Dreamliner.Källa |Leonardo
När det gäller kompositmaterial producerar Leonardos Aerospace Structure Division "fat i ett stycke" för Boeing 787:s centrala flygkroppssektioner 44 och 46 vid sin Grottaglie-fabrik och de horisontella stabilisatorerna vid sin Foggia-fabrik, som står för cirka 14 % av 787-kroppen.%.Tillverkningen av andra sammansatta strukturprodukter inkluderar tillverkning och montering av den bakre vingen på ATR och Airbus A220 kommersiella flygplan vid dess Foggia-fabrik.Foggia tillverkar också kompositdelar till Boeing 767 och militära program, inklusive Joint Strike Fighter F-35, Eurofighter Typhoon-jaktflygplanet, C-27J militära transportflygplan och Falco Xplorer, den senaste medlemmen av Falcos obemannade flygplansfamilj. av Leonardo.
"Tillsammans med CETMA gör vi många aktiviteter, som i termoplastiska kompositer och hartstransferformning (RTM)," sa Corvaglia.”Vårt mål är att förbereda FoU-aktiviteter för produktion på kortast möjliga tid.På vår avdelning (FoU och IP-hantering) söker vi också störande teknologier med lägre TRL (teknisk beredskapsnivå, dvs. Den lägre TRL är begynnande och längre från produktionen), men vi hoppas kunna bli mer konkurrenskraftiga och ge hjälp till kunder runt om värld."
Pappadà tillade: "Sedan våra gemensamma ansträngningar har vi arbetat hårt för att minska kostnader och miljöpåverkan.Vi har funnit att termoplastiska kompositer (TPC) har minskat jämfört med härdade material."
Corvaglia påpekade: "Vi utvecklade dessa teknologier tillsammans med Silvios team och byggde några automatiserade batteriprototyper för att utvärdera dem i produktionen."
"CCM är ett bra exempel på våra gemensamma ansträngningar," sa Pappadà."Leonardo har identifierat vissa komponenter gjorda av härdplast kompositmaterial.Tillsammans utforskade vi tekniken för att tillhandahålla dessa komponenter i TPC, med fokus på de platser där det finns ett stort antal delar på flygplanet, såsom skarvningsstrukturer och enkla geometriska former.Stolpar."
Delar tillverkade med hjälp av CETMAs kontinuerliga formpressningslinje.Källa |"CETMA: italienska kompositmaterial FoU-innovation"
Han fortsatte: "Vi behöver en ny produktionsteknik med låg kostnad och hög produktivitet."Han påpekade att det tidigare genererades en stor mängd avfall vid tillverkningen av en enda TPC-komponent."Så, vi producerade en nätform baserad på icke-isotermisk formpressningsteknik, men vi gjorde några innovationer (patentsökta) för att minska avfallet.Vi designade en helautomatisk enhet för detta, och sedan byggde ett italienskt företag den åt oss."
Enligt Pappadà kan enheten producera komponenter designade av Leonardo, "en komponent var 5:e minut, som arbetar 24 timmar om dygnet."Men hans team fick sedan ta reda på hur de skulle tillverka förformarna.Han förklarade: "I början behövde vi en platt lamineringsprocess, eftersom detta var flaskhalsen vid den tiden.""Så, vår process började med ett ämne (platt laminat) och värmde det sedan i en infraröd (IR) ugn., Och lägg sedan i pressen för formning.Platta laminat tillverkas vanligtvis med hjälp av stora pressar, som kräver 4-5 timmars cykeltid.Vi bestämde oss för att studera en ny metod som kan producera platta laminat snabbare.Därför utvecklade vi i Leonardo Med stöd av ingenjörer en högproduktiv CCM-produktionslinje i CETMA.Vi minskade cykeltiden på 1m med 1m delar till 15 minuter.Det som är viktigt är att detta är en kontinuerlig process, så vi kan producera obegränsad längd.”
Den infraröda värmekameran (IRT) i SPAREs progressiva rullformningslinje hjälper CETMA att förstå temperaturfördelningen under produktionsprocessen och generera 3D-analys för att verifiera datormodellen under CCM-utvecklingsprocessen.Källa |"CETMA: italienska kompositmaterial FoU-innovation"
Men hur står den här nya produkten i jämförelse med den CCM som Xperion (nu XELIS, Markdorf, Tyskland) har använt i mer än tio år?Pappadà sa: "Vi har utvecklat analytiska och numeriska modeller som kan förutsäga defekter som tomrum.""Vi har samarbetat med Leonardo och University of Salento (Lecce, Italien) för att förstå parametrarna och deras inverkan på kvaliteten.Vi använder dessa modeller för att utveckla denna nya CCM, där vi kan ha en hög tjocklek men också kan uppnå hög kvalitet.Med dessa modeller kan vi inte bara optimera temperatur och tryck, utan också optimera deras appliceringsmetod.Du kan utveckla många tekniker för att jämnt fördela temperatur och tryck.Men vi måste förstå inverkan av dessa faktorer på de mekaniska egenskaperna och defekttillväxten hos kompositstrukturer."
Pappadà fortsatte: "Vår teknik är mer flexibel.På samma sätt utvecklades CCM för 20 år sedan, men det finns ingen information om det eftersom de få företag som använder det inte delar kunskap och expertis.Därför måste vi börja från noll, endast baserat på vår förståelse av kompositmaterial och bearbetning.”
"Vi går nu igenom interna planer och arbetar med kunder för att hitta komponenterna i dessa nya teknologier," sa Corvaglia."Dessa delar kan behöva designas om och omkvalificeras innan produktionen kan börja."Varför?”Målet är att göra flygplanet så lätt som möjligt, men till ett konkurrenskraftigt pris.Därför måste vi också optimera tjockleken.Men vi kan upptäcka att en del kan minska vikten eller identifiera flera delar med liknande former, vilket kan spara mycket pengar."
Han upprepade att hittills har denna teknik varit i händerna på ett fåtal personer."Men vi har utvecklat alternativa tekniker för att automatisera dessa processer genom att lägga till mer avancerade presslister.Vi lägger i ett platt laminat och tar sedan ut en del av det, redo att användas.Vi håller på att designa om delar och utveckla platta eller profilerade delar.Stadiet av CCM.”
"Vi har nu en mycket flexibel CCM-produktionslinje i CETMA," sa Pappadà.”Här kan vi applicera olika tryck efter behov för att uppnå komplexa former.Produktlinjen vi kommer att utveckla tillsammans med Leonardo kommer att vara mer fokuserad på att uppfylla dess specifika Required-komponenter.Vi tror att olika CCM-linjer kan användas för platta och L-formade stringers istället för mer komplexa former.På så sätt, jämfört med de stora pressar som för närvarande används för att tillverka komplexa geometriska TPC-delar, kan vi få utrustningskostnaden att hålla den låg.”
CETMA använder CCM för att producera stringers och paneler av kolfiber/PEKK envägstejp, och använder sedan induktionssvetsning av denna kölbuntsdemonstrator för att ansluta dem i Clean Sky 2 KEELBEMAN-projektet som hanteras av EURECAT.Källa|"En demonstrator för svetsning av termoplastiska kölbalkar är realiserad."
"Induktionssvetsning är mycket intressant för kompositmaterial, eftersom temperaturen kan justeras och kontrolleras mycket bra, uppvärmningen är mycket snabb och kontrollen är mycket exakt," sa Pappadà."Tillsammans med Leonardo utvecklade vi induktionssvetsning för att sammanfoga TPC-komponenter.Men nu överväger vi att använda induktionssvetsning för in-situ konsolidering (ISC) av TPC-tejp.För detta ändamål har vi utvecklat en ny kolfibertejp, den kan värmas upp mycket snabbt genom induktionssvetsning med en speciell maskin.Tejpen använder samma basmaterial som den kommersiella tejpen, men har en annan arkitektur för att förbättra den elektromagnetiska uppvärmningen.Samtidigt som vi optimerar de mekaniska egenskaperna överväger vi också processen för att försöka möta olika krav, såsom hur man hanterar dem kostnadseffektivt och effektivt genom automatisering.”
Han påpekade att det är svårt att uppnå ISC med TPC-tejp med god produktivitet.”För att kunna använda den för industriell produktion måste du värma och kyla snabbare och trycka på ett mycket kontrollerat sätt.Därför bestämde vi oss för att använda induktionssvetsning för att bara värma upp ett litet område där materialet konsolideras och resten laminat hålls kallt."Pappadà säger att TRL för induktionssvetsning som används för montering är högre."
Integrering på plats med induktionsvärme verkar extremt störande - för närvarande gör ingen annan OEM- eller nivåleverantör detta offentligt."Ja, det här kan vara störande teknik," sa Corvaglia.”Vi har ansökt om patent på maskinen och materialen.Vårt mål är en produkt jämförbar med härdplast kompositmaterial.Många försöker använda TPC för AFP (Automatic Fiber Placement), men det andra steget måste kombineras.När det gäller geometri är detta en stor begränsning när det gäller kostnad, cykeltid och delstorlek.Faktum är att vi kan förändra sättet vi producerar flyg- och rymddelar på."
Förutom termoplaster fortsätter Leonardo att forska i RTM-teknik."Detta är ett annat område där vi samarbetar med CETMA, och nya utvecklingar baserade på den gamla tekniken (SQRTM i det här fallet) har patenterats.Kvalificerad hartsöverföringsgjutning som ursprungligen utvecklades av Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, USA) (SQRTM).Corvaglia sa: "Det är viktigt att ha en autoklavmetod (OOA) som gör att vi kan använda material som redan är kvalificerade."Detta gör att vi också kan använda prepregs med välkända egenskaper och kvaliteter.Vi har använt denna teknik för att designa, demonstrera och ansöka om patent för flygplansfönsterramar."
Trots COVID-19 bearbetar CETMA fortfarande Leonardo-programmet, här visas användningen av SQRTM för att göra flygplansfönsterstrukturer för att uppnå defektfria komponenter och påskynda förformningen jämfört med traditionell RTM-teknik.Därför kan Leonardo ersätta komplexa metalldelar med nätkompositdelar utan ytterligare bearbetning.Källa |CETMA, Leonardo.
Pappadà påpekade: "Det här är också en äldre teknik, men om du går online kan du inte hitta information om denna teknik."Återigen använder vi analytiska modeller för att förutsäga och optimera processparametrar.Med denna teknik kan vi få en bra hartsfördelning - inga torra områden eller hartsackumulering - och nästan noll porositet.Eftersom vi kan kontrollera fiberinnehållet kan vi producera mycket höga strukturella egenskaper, och tekniken kan användas för att producera komplexa former.Vi använder samma material som uppfyller autoklavhärdningskraven, men använder OOA-metoden, men du kan också välja att använda ett snabbhärdande harts för att förkorta cykeltiden till några minuter."
"Även med nuvarande prepreg har vi minskat härdningstiden," sa Corvaglia.”Jämfört till exempel med en normal autoklavcykel på 8-10 timmar, för delar som fönsterramar, kan SQRTM användas i 3-4 timmar.Värme och tryck appliceras direkt på delarna, och värmemassan är mindre.Dessutom är uppvärmningen av flytande harts i autoklaven snabbare än luften, och kvaliteten på delarna är också utmärkt, vilket är särskilt fördelaktigt för komplexa former.Ingen omarbetning, nästan noll tomrum och utmärkt ytkvalitet, eftersom verktyget är i Control it, inte vakuumpåsen.
Leonardo använder en mängd olika tekniker för att förnya sig.På grund av den snabba utvecklingen av teknik, anser den att investeringar i högrisk FoU (låg TRL) är avgörande för utvecklingen av ny teknik som behövs för framtida produkter, som överstiger den inkrementella (kortsiktiga) utvecklingskapaciteten som befintliga produkter redan har .Leonardos 2030 FoU-masterplan kombinerar en sådan kombination av kortsiktiga och långsiktiga strategier, vilket är en enhetlig vision för ett hållbart och konkurrenskraftigt företag.
Som en del av denna plan kommer det att lansera Leonardo Labs, ett internationellt företags FoU-laboratorienätverk dedikerat till FoU och innovation.Till 2020 kommer företaget att sträva efter att öppna de första sex Leonardo-laboratorierna i Milano, Turin, Genua, Rom, Neapel och Taranto, och rekryterar 68 forskare (Leonardo Research Fellows) med kompetens inom följande områden: 36 autonoma intelligenta system för positioner för artificiell intelligens, 15 stora dataanalyser, 6 högpresterande beräkningar, 4 elektrifiering av flygplattformar, 5 material och strukturer och 2 kvantteknologier.Leonardo Laboratory kommer att spela rollen som en innovationspost och skaparen av Leonardos framtida teknologi.
Det är värt att notera att Leonardos teknologi som kommersialiseras på flygplan också kan användas i dess land- och sjöavdelningar.Håll utkik efter fler uppdateringar om Leonardo och dess potentiella inverkan på kompositmaterial.
Matrisen binder det fiberförstärkta materialet, ger kompositkomponenten dess form och bestämmer dess ytkvalitet.Kompositmatrisen kan vara polymer, keramik, metall eller kol.Detta är en urvalsguide.
För kompositapplikationer ersätter dessa ihåliga mikrostrukturer mycket volym med låg vikt och ökar bearbetningsvolymen och produktkvaliteten.
Posttid: 2021-09-09