In het streven naar duurzaamheid verminderen sensoren cyclustijden, energieverbruik en afval, automatiseren ze procescontrole in een gesloten circuit en vergroten ze de kennis, waardoor nieuwe mogelijkheden ontstaan voor slimme fabricage en constructies.#sensoren #sustainability #SHM
Sensoren aan de linkerkant (van boven naar beneden): warmteflux (TFX), in-mold diëlektrica (Lambient), ultrasoon (Universiteit van Augsburg), disposable diëlektrica (Synthesites) en tussen centen en thermokoppels Microwire (AvPro). Grafieken (boven, met de klok mee): Collo diëlektrische constante (CP) versus Collo ionische viscositeit (CIV), harsweerstand versus tijd (Synthesites) en digitaal model van caprolactam geïmplanteerde preforms met behulp van elektromagnetische sensoren (CosiMo-project, DLR ZLP, Universiteit van Augsburg).
Terwijl de wereldwijde industrie uit de COVID-19-pandemie blijft komen, is deze verschoven naar het geven van prioriteit aan duurzaamheid, wat een vermindering van verspilling en verbruik van hulpbronnen (zoals energie, water en materialen) vereist. Als gevolg hiervan moet de productie efficiënter en slimmer worden .Maar hiervoor is informatie nodig. Waar komen deze gegevens voor composieten vandaan?
Zoals beschreven in CW's 2020 Composites 4.0-serie artikelen, is het definiëren van de metingen die nodig zijn om de kwaliteit en productie van onderdelen te verbeteren, en de sensoren die nodig zijn om die metingen te bereiken, de eerste stap in slimme productie. In 2020 en 2021 rapporteerde CW over sensoren - diëlektrische sensoren, warmtefluxsensoren, glasvezelsensoren en contactloze sensoren die gebruik maken van ultrasone en elektromagnetische golven, evenals projecten die hun mogelijkheden demonstreren (zie CW's online sensorinhoudset). Dit artikel bouwt voort op dit rapport door de sensoren te bespreken die worden gebruikt in composiet materialen, hun beloofde voordelen en uitdagingen, en het technologische landschap in ontwikkeling. Met name bedrijven die opkomen als leiders in de composietenindustrie, zijn deze ruimte al aan het verkennen en navigeren.
Sensornetwerk in CosiMo Een netwerk van 74 sensoren - waarvan 57 ultrasone sensoren ontwikkeld aan de Universiteit van Augsburg (rechts weergegeven, lichtblauwe stippen in de bovenste en onderste malhelften) - wordt gebruikt voor Dekseldemonstrator voor de T-RTM CosiMo-project gieten voor thermoplastische composietbatterijen. Afbeelding tegoed: CosiMo-project, DLR ZLP Augsburg, Universiteit van Augsburg
Doel 1: geld besparen. De CW-blog van december 2021, "Custom Ultrasonic Sensors for Composite Process Optimization and Control", beschrijft het werk aan de Universiteit van Augsburg (UNA, Augsburg, Duitsland) om een netwerk van 74 sensoren te ontwikkelen die voor de CosiMo project voor de fabricage van een demonstrator voor het afdekken van EV-batterijen (composietmaterialen voor slim transport). Het onderdeel is vervaardigd met behulp van thermoplastische harsoverdracht (T-RTM), dat caprolactammonomeer in situ polymeriseert tot een polyamide 6 (PA6)-composiet. Markus Sause, professor bij UNA en hoofd van UNA's Artificial Intelligence (AI) Production Network in Augsburg, legt uit waarom sensoren zo belangrijk zijn: “Het grootste voordeel dat we bieden is de visualisatie van wat er tijdens de verwerking in de black box gebeurt.Momenteel hebben de meeste fabrikanten beperkte systemen om dit te bereiken.Ze gebruiken bijvoorbeeld heel eenvoudige of specifieke sensoren bij het gebruik van harsinfusie om grote ruimtevaartonderdelen te maken.Als het infusieproces fout gaat, heb je eigenlijk een groot stuk schroot.Maar als je een oplossing hebt om te begrijpen wat er mis is gegaan in het productieproces en waarom, kun je het repareren en corrigeren, wat je veel geld bespaart.”
Thermokoppels zijn een voorbeeld van een "eenvoudige of specifieke sensor" die al tientallen jaren wordt gebruikt om de temperatuur van composietlaminaten te bewaken tijdens het uitharden in de autoclaaf of in de oven. Ze worden zelfs gebruikt om de temperatuur in ovens of verwarmingsdekens te regelen om composietreparatiepleisters uit te harden met thermische bonders. Harsfabrikanten gebruiken een verscheidenheid aan sensoren in het laboratorium om veranderingen in harsviscositeit in de tijd en temperatuur te volgen om uithardingsformules te ontwikkelen. Wat echter in opkomst is, is een sensornetwerk dat het productieproces in situ kan visualiseren en controleren op basis van meerdere parameters (bijv. temperatuur en druk) en de toestand van het materiaal (bijv. viscositeit, aggregatie, kristallisatie).
De ultrasone sensor die voor het CosiMo-project is ontwikkeld, gebruikt bijvoorbeeld dezelfde principes als ultrasone inspectie, dat de steunpilaar is geworden van niet-destructief onderzoek (NDI) van voltooide composietonderdelen. Petros Karapapas, hoofdingenieur bij Meggitt (Loughborough, VK), zei: "Ons doel is om de tijd en arbeid die nodig is voor postproductie-inspectie van toekomstige componenten tot een minimum te beperken, terwijl we op weg zijn naar digitale productie."Samenwerking Materials Center (NCC, Bristol, VK) om de monitoring van een Solvay (Alpharetta, GA, VS) EP 2400-ring tijdens RTM te demonstreren met behulp van een lineaire diëlektrische sensor die is ontwikkeld aan de Cranfield University (Cranfield, VK) Stroming en uitharding van oxyhars voor een 1,3 m lang, 0,8 m breed en 0,4 m diep composiet omhulsel voor een warmtewisselaar voor commerciële vliegtuigmotoren. "Toen we keken hoe we grotere assemblages konden maken met een hogere productiviteit, konden we het ons niet veroorloven om alle traditionele nabewerkingsinspecties en testen op elk onderdeel,” zei Karapapas. “Op dit moment maken we testpanelen naast deze RTM-onderdelen en doen vervolgens mechanische tests om de uithardingscyclus te valideren.Maar met deze sensor is dat niet nodig.”
De Collo Probe wordt ondergedompeld in het verfmengvat (groene cirkel bovenaan) om te detecteren wanneer het mengen is voltooid, wat tijd en energie bespaart. Afbeelding tegoed: ColloidTek Oy
"Ons doel is niet om nog een laboratoriumapparaat te zijn, maar om ons te concentreren op productiesystemen", zegt Matti Järveläinen, CEO en oprichter van ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finland). De CW-blog "Fingerprint Liquids for Composites" van januari 2022 onderzoekt Collo's combinatie van elektromagnetische veld (EMF) sensoren, signaalverwerking en data-analyse om de "vingerafdruk" van elke vloeistof zoals monomeren, harsen of lijmen te meten. "Wat wij aanbieden is een nieuwe technologie die directe feedback in realtime geeft, zodat u beter begrijpen hoe uw proces daadwerkelijk werkt en reageren als er iets misgaat”, zegt Järveläinen. “Onze sensoren zetten realtime gegevens om in begrijpelijke en bruikbare fysieke grootheden, zoals reologische viscositeit, die procesoptimalisatie mogelijk maken.U kunt bijvoorbeeld de mengtijden verkorten doordat u duidelijk kunt zien wanneer het mengen klaar is.Daarom kunt u met You de productiviteit verhogen, energie besparen en afval verminderen in vergelijking met minder geoptimaliseerde verwerking.”
Doel 2: Verhogen van proceskennis en visualisatie. Voor processen zoals aggregatie zegt Järveläinen: “Je ziet niet veel informatie uit slechts een momentopname.Je neemt gewoon een monster en gaat naar het lab en kijkt hoe het minuten of uren geleden was.Het is alsof je op de snelweg rijdt, elk uur Open je ogen een minuut en probeer te voorspellen waar de weg naartoe gaat.”Sause is het daarmee eens en merkt op dat het in CosiMo ontwikkelde sensornetwerk “ons helpt om een compleet beeld te krijgen van het proces en het materiaalgedrag.We kunnen lokale effecten zien in het proces, als reactie op variaties in deeldikte of geïntegreerde materialen zoals schuimkern.Wat we proberen te doen, is informatie geven over wat er werkelijk in de mal gebeurt.Zo kunnen we verschillende informatie bepalen, zoals de vorm van het stroomfront, de aankomst van elke parttime en de mate van aggregatie op elke sensorlocatie.”
Collo werkt samen met fabrikanten van epoxylijmen, verven en zelfs bier om procesprofielen te maken voor elke geproduceerde batch. Nu kan elke fabrikant de dynamiek van hun proces bekijken en meer geoptimaliseerde parameters instellen, met waarschuwingen om in te grijpen wanneer batches niet aan de specificaties voldoen. Dit helpt stabiliseren en verbeteren van de kwaliteit.
Video van het stromingsfront in een CosiMo-onderdeel (injectie-ingang is de witte stip in het midden) als functie van de tijd, gebaseerd op meetgegevens van een in-mold sensornetwerk. Afbeelding tegoed: CosiMo-project, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
"Ik wil weten wat er gebeurt tijdens de fabricage van onderdelen, niet de doos openen en zien wat er daarna gebeurt", zegt Meggitt's Karapapas. om de uitharding van de hars te controleren.”Door alle zes typen sensoren te gebruiken die hieronder worden beschreven (geen uitputtende lijst, slechts een kleine selectie, ook leveranciers), kunnen uitharding/polymerisatie en harsstroom worden bewaakt. Sommige sensoren hebben extra mogelijkheden en gecombineerde sensortypen kunnen de tracking- en visualisatiemogelijkheden uitbreiden tijdens het gieten van composiet. Dit werd gedemonstreerd tijdens CosiMo, waarbij gebruik werd gemaakt van ultrasone, diëlektrische en piëzoresistieve in-mode sensoren voor temperatuur- en drukmetingen door Kistler (Winterthur, Zwitserland).
Doel #3: Verminder de cyclustijd.Collo-sensoren kunnen de uniformiteit van tweecomponenten, snel uithardende epoxy meten, aangezien delen A en B worden gemengd en geïnjecteerd tijdens RTM en op elke locatie in de mal waar dergelijke sensoren worden geplaatst. sneller uithardende harsen voor toepassingen zoals Urban Air Mobility (UAM), die snellere uithardingscycli zouden bieden in vergelijking met huidige eendelige epoxy's zoals RTM6.
Collo-sensoren kunnen ook controleren en visualiseren dat epoxy wordt ontgast, geïnjecteerd en uitgehard, en wanneer elk proces is voltooid. Het afwerken van uitharding en andere processen op basis van de werkelijke staat van het materiaal dat wordt verwerkt (in tegenstelling tot traditionele tijd- en temperatuurrecepten) wordt materiaalstatusbeheer genoemd (MSM). Bedrijven zoals AvPro (Norman, Oklahoma, VS) streven al tientallen jaren naar MSM om veranderingen in onderdeelmaterialen en -processen te volgen, omdat het specifieke doelen nastreeft voor glasovergangstemperatuur (Tg), viscositeit, polymerisatie en/of kristallisatie. Er werd bijvoorbeeld een netwerk van sensoren en digitale analyse in CosiMo gebruikt om de minimale tijd te bepalen die nodig is om de RTM-pers en -vorm op te warmen en ontdekte dat 96% van de maximale polymerisatie werd bereikt in 4,5 minuten.
Leveranciers van diëlektrische sensoren zoals Lambient Technologies (Cambridge, MA, VS), Netzsch (Selb, Duitsland) en Synthesites (Ukkel, België) hebben ook aangetoond dat ze de cyclustijden kunnen verkorten. Synthesites' R&D-project met composietfabrikant Hutchinson (Parijs, Frankrijk ) en Bombardier Belfast (nu Spirit AeroSystems (Belfast, Ierland)) melden dat op basis van real-time metingen van harsweerstand en temperatuur, via de Optimold data-acquisitie-eenheid en Optiview Software wordt geconverteerd naar geschatte viscositeit en Tg. "Fabrikanten kunnen de Tg zien in realtime, zodat ze kunnen beslissen wanneer ze de uithardingscyclus moeten stoppen”, legt Nikos Pantelelis, directeur van Synthesites uit. “Ze hoeven niet te wachten om een overdrachtscyclus te voltooien die langer dan nodig is.De traditionele cyclus voor RTM6 is bijvoorbeeld een volledige uitharding van 2 uur bij 180°C.We hebben gezien dat dit in sommige geometrieën kan worden verkort tot 70 minuten.Dit werd ook aangetoond in het INNOTOOL 4.0-project (zie "RTM versnellen met warmtefluxsensoren"), waar het gebruik van een warmtefluxsensor de RTM6-uithardingscyclus verkortte van 120 minuten naar 90 minuten.
Doel #4: Closed-loop controle van adaptieve processen. Voor het CosiMo-project is het uiteindelijke doel om closed-loop controle te automatiseren tijdens de productie van composiet onderdelen. Dit is ook het doel van de ZAero en iComposite 4.0 projecten gerapporteerd door CW in 2020 (30-50% kostenbesparing). Houd er rekening mee dat dit verschillende processen betreft - geautomatiseerde plaatsing van prepreg-tape (ZAero) en vezelspray-preforming vergeleken met hogedruk T-RTM in CosiMo voor RTM met snel uithardende epoxy (iComposite 4.0). Allemaal van deze projecten gebruiken sensoren met digitale modellen en algoritmen om het proces te simuleren en de uitkomst van het voltooide onderdeel te voorspellen.
Procescontrole kan worden gezien als een reeks stappen, legt Sause uit. De eerste stap is het integreren van sensoren en procesapparatuur, zei hij, "om te visualiseren wat er in de zwarte doos gebeurt en welke parameters moeten worden gebruikt.De andere paar stappen, misschien de helft van closed-loop-besturing, zijn in staat zijn om op de stopknop te drukken om in te grijpen, het proces af te stemmen en afgewezen onderdelen te voorkomen.Als laatste stap kun je een digitale tweeling ontwikkelen, die kan worden geautomatiseerd, maar die ook investeringen in machine learning-methoden vereist.”In CosiMo stelt deze investering sensoren in staat om gegevens in de digitale tweeling in te voeren. Edge-analyse (berekeningen uitgevoerd aan de rand van de productielijn versus berekeningen vanuit een centrale gegevensopslag) wordt vervolgens gebruikt om stromingsfrontdynamiek, vezelvolume-inhoud per textielvoorvorm te voorspellen en potentiële droge plekken. "Idealiter kun je instellingen instellen om closed-loop controle en afstemming in het proces mogelijk te maken," zei Sause. "Deze omvatten parameters zoals injectiedruk, matrijsdruk en temperatuur.Die informatie kun je ook gebruiken om je materiaal te optimaliseren.”
Daarbij gebruiken bedrijven sensoren om processen te automatiseren. Synthesites werkt bijvoorbeeld samen met zijn klanten om sensoren te integreren met apparatuur om de harsinlaat te sluiten wanneer de infusie is voltooid, of de hittepers aan te zetten wanneer de beoogde genezing is bereikt.
Järveläinen merkt op dat om te bepalen welke sensor het beste is voor elk gebruik, "je moet begrijpen welke veranderingen in het materiaal en proces je wilt bewaken, en dan moet je een analysator hebben."Een analysator verkrijgt de gegevens die zijn verzameld door een ondervrager of een data-acquisitie-eenheid.ruwe data en zet deze om in informatie die bruikbaar is voor de fabrikant. "Je ziet eigenlijk veel bedrijven sensoren integreren, maar dan doen ze niets met de gegevens", zei Sause. Wat nodig is, legde hij uit, is "een systeem van data-acquisitie, evenals een data-opslagarchitectuur om de data te kunnen verwerken.”
"Eindgebruikers willen niet alleen ruwe data zien", zegt Järveläinen. "Ze willen weten: 'Is het proces geoptimaliseerd?'" Wanneer kan de volgende stap worden genomen?" Om dit te doen, moet je meerdere sensoren combineren voor analyse en gebruik vervolgens machine learning om het proces te versnellen.”Deze edge-analyse en machine learning-benadering die door het Collo- en CosiMo-team wordt gebruikt, kan worden bereikt door middel van viscositeitskaarten, numerieke modellen van het harsstroomfront en het vermogen om procesparameters en machines uiteindelijk te regelen.
Optimold is een analysator die door Synthesites is ontwikkeld voor zijn diëlektrische sensoren. De Optimold-eenheid wordt bestuurd door de Optiview-software van Synthesites en gebruikt temperatuur- en harsweerstandsmetingen om realtime grafieken te berekenen en weer te geven om de harsstatus te bewaken, inclusief mengverhouding, chemische veroudering, viscositeit, Tg en mate van uitharding.Het kan worden gebruikt in prepreg- en vloeistofvormingsprocessen.Een aparte Optiflow-eenheid wordt gebruikt voor stroombewaking.Synthesites heeft ook een uithardingssimulator ontwikkeld die geen uithardingssensor in de mal of het onderdeel vereist, maar in plaats daarvan een temperatuursensor en hars/prepreg-monsters in deze analyse-eenheid. "We gebruiken deze ultramoderne methode voor infusie en lijmuitharding voor de productie van windturbinebladen", zegt Nikos Pantelelis, directeur van Synthesites.
De procesbesturingssystemen van Synthesites integreren sensoren, Optiflow en/of Optimold data-acquisitie-eenheden, en OptiView en/of Online Resin Status (ORS)-software. Image credit: Synthesites, bewerkt door The CW
Daarom hebben de meeste sensorleveranciers hun eigen analysatoren ontwikkeld, sommige met behulp van machine learning en andere niet. Maar composietfabrikanten kunnen ook hun eigen aangepaste systemen ontwikkelen of kant-en-klare instrumenten kopen en deze aanpassen aan specifieke behoeften. De capaciteit van de analysator is echter slechts één factor om te overwegen. Er zijn vele andere.
Contact is ook een belangrijke overweging bij het kiezen van de te gebruiken sensor. De sensor moet mogelijk in contact staan met het materiaal, de ondervrager of beide. Warmteflux- en ultrasone sensoren kunnen bijvoorbeeld in een RTM-mal van 1-20 mm van het oppervlak - nauwkeurige bewaking vereist geen contact met het materiaal in de mal.Ultrasone sensoren kunnen ook onderdelen op verschillende diepten ondervragen, afhankelijk van de gebruikte frequentie.Collo elektromagnetische sensoren kunnen ook de diepte van vloeistoffen of onderdelen lezen - 2-10 cm, afhankelijk op de frequentie van ondervraging – en via niet-metalen containers of gereedschappen die in contact komen met de hars.
Magnetische microdraden (zie "Contactloze bewaking van temperatuur en druk in composieten") zijn momenteel echter de enige sensoren die composieten kunnen ondervragen op een afstand van 10 cm. Dat komt omdat het elektromagnetische inductie gebruikt om een reactie van de sensor op te wekken, die is ingebed in het composietmateriaal. AvPro's ThermoPulse-microdraadsensor, ingebed in de zelfklevende hechtlaag, is ondervraagd door een 25 mm dik koolstofvezellaminaat om de temperatuur te meten tijdens het hechtproces. Aangezien de microdraden een harige diameter hebben van 3-70 micron, ze hebben geen invloed op de composiet- of bondline-prestaties. Bij iets grotere diameters van 100-200 micron kunnen glasvezelsensoren ook worden ingebed zonder de structurele eigenschappen aan te tasten. Omdat ze echter licht gebruiken om te meten, moeten glasvezelsensoren een bekabelde verbinding hebben met de interrogator. Evenzo, aangezien diëlektrische sensoren spanning gebruiken om harseigenschappen te meten, moeten ze ook worden aangesloten op een ondervrager, ende meeste moeten ook in contact zijn met de hars die ze controleren.
De Collo Probe (boven) sensor kan worden ondergedompeld in vloeistoffen, terwijl de Collo Plate (onder) in de wand van een vat/mengvat of procesleiding/toevoerleiding wordt geïnstalleerd. Afbeelding tegoed: ColloidTek Oy
De temperatuurcapaciteit van de sensor is een andere belangrijke overweging. De meeste kant-en-klare ultrasone sensoren werken bijvoorbeeld doorgaans bij temperaturen tot 150°C, maar onderdelen in CosiMo moeten worden gevormd bij temperaturen boven 200°C. Daarom heeft UNA moest een ultrasone sensor met deze mogelijkheid ontwerpen. De diëlektrische wegwerpsensoren van Lambient kunnen worden gebruikt op onderdelen tot 350°C en de herbruikbare in-mold-sensoren kunnen worden gebruikt tot 250°C.RVmagnetics (Kosice, Slowakije) heeft zijn microdraadsensor voor composietmaterialen die bestand is tegen uitharding bij 500 ° C. Hoewel de Collo-sensortechnologie zelf geen theoretische temperatuurlimiet heeft, zijn de geharde glazen afscherming voor de Collo Plate en de nieuwe polyetheretherketon (PEEK) behuizing voor de Collo Probe beide getest voor continu gebruik bij 150°C, volgens Järveläinen. Ondertussen gebruikte PhotonFirst (Alkmaar, Nederland) een polyimidecoating om een bedrijfstemperatuur van 350°C te leveren voor zijn glasvezelsensor voor het SuCoHS-projectect, voor een duurzaam en kosteneffectief composiet op hoge temperatuur.
Een andere factor waarmee rekening moet worden gehouden, vooral bij installatie, is of de sensor op één punt meet of een lineaire sensor is met meerdere meetpunten. Com&Sens (Eke, België) glasvezelsensoren kunnen bijvoorbeeld tot 100 meter lang zijn en beschikken over tot 40 vezel Bragg-raspen (FBG) meetpunten met een minimale afstand van 1 cm. Deze sensoren zijn gebruikt voor structurele gezondheidsmonitoring (SHM) van 66 meter lange composietbruggen en harsstroombewaking tijdens het inbrengen van grote brugdekken.Installatie individuele puntsensoren voor een dergelijk project zouden een groot aantal sensoren en veel installatietijd vergen.NCC en Cranfield University claimen vergelijkbare voordelen voor hun lineaire diëlektrische sensoren.Vergeleken met enkelpunts diëlektrische sensoren aangeboden door Lambient, Netzsch en Synthesites, " Met onze lineaire sensor kunnen we de harsstroom continu over de lengte bewaken, wat het aantal benodigde sensoren in het onderdeel of gereedschap aanzienlijk vermindert.”
AFP NLR voor glasvezelsensoren Een speciale eenheid is geïntegreerd in het 8e kanaal van de Coriolis AFP-kop om vier glasvezelsensorarrays in een met koolstofvezel versterkt composiet testpaneel op hoge temperatuur te plaatsen. Afbeelding tegoed: SuCoHS Project, NLR
Lineaire sensoren helpen ook bij het automatiseren van installaties. In het SuCoHS-project ontwikkelde het Koninklijk NLR (Nederlands Lucht- en Ruimtevaartcentrum, Marknesse) een speciale unit die is geïntegreerd in het 8th channel Automated Fiber Placement (AFP) hoofd van Coriolis Composites (Queven, Frankrijk) om Four arrays ( afzonderlijke glasvezellijnen), elk met 5 tot 6 FBG-sensoren (PhotonFirst biedt in totaal 23 sensoren), in testpanelen van koolstofvezel. RVmagnetics heeft zijn microdraadsensoren in gepultrudeerde GFRP-wapening geplaatst. lang voor de meeste composietmicrodraden], maar worden automatisch continu geplaatst wanneer de wapening wordt geproduceerd", zegt Ratislav Varga, mede-oprichter van RVmagnetics.“Je hebt een microdraad met een microdraad van 1 km.filamenten en voeren deze in de wapeningproductiefaciliteit zonder de manier waarop de wapening wordt gemaakt te veranderen.”Ondertussen werkt Com&Sens aan geautomatiseerde technologie om glasvezelsensoren in te bedden tijdens het filamentwikkelproces in drukvaten.
Vanwege het vermogen om elektriciteit te geleiden, kan koolstofvezel problemen veroorzaken met diëlektrische sensoren. Diëlektrische sensoren gebruiken twee elektroden die dicht bij elkaar zijn geplaatst. "Als de vezels de elektroden overbruggen, sluiten ze de sensor kort", legt Lambient-oprichter Huan Lee uit. Gebruik in dit geval een filter. "Het filter laat de hars door de sensoren, maar isoleert ze van de koolstofvezel."De lineaire diëlektrische sensor die is ontwikkeld door Cranfield University en NCC gebruikt een andere benadering, waaronder twee getwiste paren koperdraden. Wanneer een spanning wordt toegepast, wordt een elektromagnetisch veld gecreëerd tussen de draden, dat wordt gebruikt om de harsimpedantie te meten. De draden zijn gecoat met een isolerend polymeer dat het elektrische veld niet beïnvloedt, maar voorkomt dat de koolstofvezel kortsluiting maakt.
Natuurlijk zijn de kosten ook een probleem. Com&Sens stelt dat de gemiddelde kosten per FBG-detectiepunt 50-125 euro zijn, wat kan dalen tot ongeveer 25-35 euro als het in batches wordt gebruikt (bijvoorbeeld voor 100.000 drukvaten).(Dit is slechts een fractie van de huidige en verwachte productiecapaciteit van composietdrukvaten, zie CW's 2021-artikel over waterstof.) Meggitt's Karapapas zegt dat hij aanbiedingen heeft ontvangen voor glasvezellijnen met FBG-sensoren van gemiddeld £ 250/sensor (≈300 €/sensor), de ondervrager is ongeveer £ 10.000 (€ 12.000) waard. "De lineaire diëlektrische sensor die we hebben getest, leek meer op een gecoate draad die je van de plank kunt kopen", voegde hij eraan toe. "De ondervrager die we gebruiken", voegt Alex Skordos, lezer ( senior onderzoeker) in Composites Process Science aan de Cranfield University, "is een impedantieanalysator, die zeer nauwkeurig is en minstens £ 30.000 [≈ € 36.000] kost, maar de NCC gebruikt een veel eenvoudigere ondervrager die in feite bestaat uit kant-en-klare modules van het commerciële bedrijf Advise Deta [Bedford, VK].”Synthesites noemt €1.190 voor in-mold sensoren en €20 voor sensoren voor eenmalig gebruik/deel. noodzakelijke ondersteuning, zei Pantelelis, eraan toevoegend dat fabrikanten van windbladen 1,5 uur per cyclus besparen, bladen per lijn per maand toevoegen en het energieverbruik met 20 procent verminderen, met een investeringsrendement van slechts vier maanden.
Bedrijven die sensoren gebruiken, zullen een voordeel behalen naarmate de digitale productie van composieten 4.0 evolueert. Bijvoorbeeld, zegt Grégoire Beauduin, Director of Business Development bij Com&Sens: "Omdat fabrikanten van drukvaten proberen het gewicht, het materiaalgebruik en de kosten te verminderen, kunnen ze onze sensoren gebruiken om te rechtvaardigen hun ontwerpen en monitoren de productie wanneer ze de vereiste niveaus tegen 2030 bereiken. Dezelfde sensoren die worden gebruikt om de spanningsniveaus in lagen te beoordelen tijdens het wikkelen en uitharden van de filamenten, kunnen ook de tankintegriteit bewaken tijdens duizenden tankcycli, het vereiste onderhoud voorspellen en opnieuw certificeren aan het einde van het ontwerp leven.We can Voor elk geproduceerd composiet drukvat wordt een digital twin datapool voorzien en de oplossing wordt ook ontwikkeld voor satellieten.”
Digitale tweelingen en threads mogelijk maken Com&Sens werkt samen met een composietfabrikant om zijn glasvezelsensoren te gebruiken om digitale gegevensstroom door ontwerp, productie en service mogelijk te maken (rechts) om digitale ID-kaarten te ondersteunen die de digitale tweeling van elk gemaakt onderdeel (links) ondersteunen. Afbeelding tegoed: Com&Sens en figuur 1, "Engineering with Digital Threads" door V. Singh, K. Wilcox.
Sensorgegevens ondersteunen dus de digitale tweeling, evenals de digitale draad die ontwerp, productie, serviceactiviteiten en veroudering omvat. Wanneer geanalyseerd met behulp van kunstmatige intelligentie en machine learning, worden deze gegevens teruggekoppeld naar ontwerp en verwerking, waardoor de prestaties en duurzaamheid worden verbeterd. heeft ook de manier veranderd waarop toeleveringsketens samenwerken. Lijmfabrikant Kiilto (Tampere, Finland) gebruikt bijvoorbeeld Collo-sensoren om zijn klanten te helpen de verhouding van componenten A, B, enz. kan nu de samenstelling van zijn lijmen voor individuele klanten aanpassen”, zegt Järveläinen, “maar het stelt Kiilto ook in staat te begrijpen hoe harsen interageren in de processen van klanten en hoe klanten omgaan met hun producten, wat de manier waarop de levering plaatsvindt verandert.Ketens kunnen samenwerken.”
OPTO-Light gebruikt Kistler-, Netzsch- en Synthesites-sensoren om de uitharding van thermoplastische overmolded epoxy CFRP-onderdelen te bewaken. Afbeelding tegoed: AZL
Sensoren ondersteunen ook innovatieve nieuwe materiaal- en procescombinaties. Beschreven in CW's 2019-artikel over het OPTO-Light-project (zie "Thermoplastische Overmolding Thermosets, 2-Minute Cycle, One Battery"), gebruikt AZL Aachen (Aken, Duitsland) een tweestaps proces om een enkele To (UD) koolstofvezel/epoxy prepreg horizontaal te comprimeren, vervolgens overgoten met 30% korte glasvezelversterkte PA6. De sleutel is om de prepreg slechts gedeeltelijk uit te harden, zodat de resterende reactiviteit in de epoxy hechting aan de thermoplast mogelijk kan maken .AZL gebruikt Optimold en Netzsch DEA288 Epsilon-analysatoren met Synthesites en Netzsch-diëlektrische sensoren en Kistler in-mold-sensoren en DataFlow-software om het spuitgieten te optimaliseren. de uithardingstoestand begrijpen om een goede verbinding met thermoplastische overmolding te bereiken”, legt AZL-onderzoeksingenieur Richard Schares uit."In de toekomst kan het proces adaptief zijn. En intelligent, procesrotatie wordt geactiveerd door sensorsignalen."
Er is echter een fundamenteel probleem, zegt Järveläinen, “en dat is het gebrek aan begrip bij klanten over hoe ze deze verschillende sensoren in hun processen kunnen integreren.De meeste bedrijven hebben geen sensorexperts.”Momenteel vereist de weg vooruit dat sensorfabrikanten en klanten informatie heen en weer uitwisselen. Organisaties zoals AZL, DLR (Augsburg, Duitsland) en NCC ontwikkelen expertise op het gebied van multisensoren. bedrijven die sensorintegratie en digitale tweelingdiensten aanbieden. Hij voegde eraan toe dat het Augsburgse AI-productienetwerk voor dit doel een faciliteit van 7.000 vierkante meter heeft gehuurd, "waardoor CosiMo's ontwikkelingsblauwdruk wordt uitgebreid tot een zeer brede reikwijdte, inclusief gekoppelde automatiseringscellen, waar industriële partners kan machines plaatsen, projecten uitvoeren en leren hoe nieuwe AI-oplossingen te integreren.”
Carapappas zei dat Meggitt's diëlektrische sensordemonstratie op het NCC slechts de eerste stap daarin was. nodig hebt en welke materialen te bestellen.Digitale automatisering ontwikkelt zich.”
Welkom bij het online SourceBook, dat overeenkomt met CompositesWorld's jaarlijkse gedrukte editie van de SourceBook Composites Industry Buyer's Guide.
Spirit AeroSystems implementeert Airbus Smart Design voor A350 Center Fuselage en Front Spars in Kingston, NC
Posttijd: 20 mei-2022
