L'OEM i el proveïdor de nivell 1 italià Leonardo va col·laborar amb el departament d'R+D de CETMA per desenvolupar nous materials compostos, màquines i processos, inclosa la soldadura per inducció per a la consolidació in situ de compostos termoplàstics.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, líder en la producció de materials compostos, produeix barrils de fuselatge d'una sola peça per al Boeing 787. Està treballant amb CETMA per desenvolupar noves tecnologies, com ara l'emmotllament per compressió contínua (CCM) i SQRTM (a baix).Tecnologia de producció.Font |Leonardo i CETMA
Aquest bloc està basat en la meva entrevista amb Stefano Corvaglia, enginyer de materials, director d'R+D i responsable de propietat intel·lectual del departament d'estructura d'aeronaus de Leonardo (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, instal·lacions de producció de Nola, sud d'Itàlia), i una entrevista amb el Dr. Silvio Pappadà, investigador enginyer i cap.Projecte de cooperació entre CETMA (Brindisi, Itàlia) i Leonardo.
Leonardo (Roma, Itàlia) és un dels principals actors mundials en els camps aeroespacial, defensa i seguretat, amb una facturació de 13.800 milions d'euros i més de 40.000 empleats a tot el món.La companyia ofereix solucions integrals per a l'aire, la terra, el mar, l'espai, la xarxa i la seguretat, i sistemes no tripulats a tot el món.La inversió en R+D de Leonardo és d'aproximadament 1.500 milions d'euros (11% dels ingressos del 2019), ocupant el segon lloc a Europa i el quart al món en termes d'inversió en recerca en els camps aeroespacial i de defensa.
Leonardo Aerostructures produeix barrils de fuselatge compost d'una sola peça per a les peces 44 i 46 del Boeing 787 Dreamliner.Font |Leonardo
Leonardo, a través del seu departament d'estructura d'aviació, proporciona als principals programes d'avions civils del món la fabricació i el muntatge de grans components estructurals de materials compostos i tradicionals, inclosos el fuselatge i la cua.
Leonardo Aerostructures produeix estabilitzadors horitzontals compostos per al Boeing 787 Dreamliner.Font |Leonardo
Pel que fa a materials compostos, la divisió d'estructura aeroespacial de Leonardo produeix "barrils d'una sola peça" per a les seccions centrals 44 i 46 del fuselatge del Boeing 787 a la seva planta de Grottaglie i els estabilitzadors horitzontals de la seva planta de Foggia, que representen aproximadament el 14% del fuselatge del 787.%.La producció d'altres productes d'estructura composta inclou la fabricació i el muntatge de l'ala posterior dels avions comercials ATR i Airbus A220 a la seva planta de Foggia.Foggia també produeix peces compostes per al Boeing 767 i programes militars, com ara el Joint Strike Fighter F-35, el caça Eurofighter Typhoon, l'avió de transport militar C-27J i el Falco Xplorer, l'últim membre de la família d'avions no tripulats Falco produït. per Leonardo.
"Juntament amb CETMA, estem fent moltes activitats, com ara composites termoplàstics i modelat per transferència de resina (RTM)", va dir Corvaglia.“El nostre objectiu és preparar activitats d'R+D per a la producció en el menor temps possible.Al nostre departament (R+D i gestió de la PI), també busquem tecnologies disruptives amb un TRL més baix (nivell de preparació tècnica, és a dir, el TRL inferior és incipient i està més lluny de la producció), però esperem ser més competitius i oferir ajuda als clients de tot el món. món.”
Pappadà ha afegit: “Des dels nostres esforços conjunts, hem estat treballant dur per reduir costos i impacte ambiental.Hem trobat que els compostos termoplàstics (TPC) s'han reduït en comparació amb els materials termoestables".
Corvaglia va assenyalar: "Vam desenvolupar aquestes tecnologies juntament amb l'equip de Silvio i vam construir alguns prototips de bateries automatitzats per avaluar-los en producció".
"CCM és un gran exemple dels nostres esforços conjunts", va dir Pappadà."Leonardo ha identificat certs components fets de materials compostos termoestables.Junts vam explorar la tecnologia per proporcionar aquests components a TPC, centrant-nos en els llocs on hi ha un gran nombre de peces a l'aeronau, com ara estructures d'empalmament i formes geomètriques simples.Verticals.”
Peces fabricades mitjançant la línia de producció d'emmotllament per compressió contínua de CETMA.Font |“CETMA: Innovació en R+D de materials compostos italians”
Va continuar: "Necessitem una nova tecnologia de producció amb baix cost i alta productivitat".Va assenyalar que en el passat es generava una gran quantitat de residus durant la fabricació d'un únic component TPC."Així doncs, vam produir una forma de malla basada en la tecnologia d'emmotllament per compressió no isotèrmica, però vam fer algunes innovacions (patent pendent) per reduir els residus.Vam dissenyar una unitat totalment automàtica per a això, i després una empresa italiana ens la va construir.“
Segons Pappadà, la unitat pot produir components dissenyats per Leonardo, "un component cada 5 minuts, treballant les 24 hores del dia".Tanmateix, el seu equip va haver d'esbrinar com produir les preformes.Va explicar: "Al principi, necessitàvem un procés de laminació pla, perquè aquest era el coll d'ampolla en aquell moment"."Així doncs, el nostre procés va començar amb un blanc (laminat pla) i després el vam escalfar en un forn d'infrarojos (IR)., I després es posa a la premsa per formar.Els laminats plans es produeixen normalment amb premses grans, que requereixen 4-5 hores de cicle.Vam decidir estudiar un nou mètode que pugui produir laminats plans més ràpidament.Per tant, a Leonardo Amb el suport d'enginyers, hem desenvolupat una línia de producció de CCM d'alta productivitat a CETMA.Hem reduït el temps de cicle d'1m per 1m parts a 15 minuts.El que és important és que es tracta d'un procés continu, de manera que podem produir una durada il·limitada".
La càmera d'imatge tèrmica d'infrarojos (IRT) de la línia de conformació progressiva SPARE ajuda a CETMA a entendre la distribució de la temperatura durant el procés de producció i generar anàlisis 3D per verificar el model informàtic durant el procés de desenvolupament de CCM.Font |“CETMA: Innovació en R+D de materials compostos italians”
Tanmateix, com es compara aquest nou producte amb el CCM que Xperion (ara XELIS, Markdorf, Alemanya) ha utilitzat durant més de deu anys?Pappadà va dir: "Hem desenvolupat models analítics i numèrics que poden predir defectes com els buits".“Hem col·laborat amb Leonardo i la Universitat de Salento (Lecce, Itàlia) per entendre els paràmetres i el seu impacte en la qualitat.Utilitzem aquests models per desenvolupar aquest nou CCM, on podem tenir un gruix elevat però també podem aconseguir una gran qualitat.Amb aquests models, no només podem optimitzar la temperatura i la pressió, sinó també optimitzar el seu mètode d'aplicació.Podeu desenvolupar moltes tècniques per distribuir uniformement la temperatura i la pressió.Tanmateix, hem d'entendre l'impacte d'aquests factors en les propietats mecàniques i el creixement de defectes de les estructures compostes".
Pappadà va continuar: “La nostra tecnologia és més flexible.De la mateixa manera, el CCM es va desenvolupar fa 20 anys, però no hi ha informació al respecte perquè les poques empreses que l'utilitzen no comparteixen coneixements i experiència.Per tant, hem de començar des de zero, només basant-nos en la nostra comprensió dels materials compostos i el processament".
"Ara estem revisant plans interns i treballant amb els clients per trobar els components d'aquestes noves tecnologies", va dir Corvaglia."És possible que aquestes peces hagin de ser redissenyades i requalificades abans que pugui començar la producció".Per què?“L'objectiu és fer l'avió el més lleuger possible, però a un preu competitiu.Per tant, també hem d'optimitzar el gruix.Tanmateix, podem trobar que una peça pot reduir el pes o identificar diverses peces amb formes similars, cosa que pot estalviar molts diners.
Va reiterar que fins ara, aquesta tecnologia ha estat en mans d'unes quantes persones.“Però hem desenvolupat tecnologies alternatives per automatitzar aquests processos afegint motllures de premsa més avançades.Posem un laminat pla i després en traiem una part, llest per utilitzar.Estem en procés de redisseny de peces i desenvolupament de peces planes o perfilades.L'etapa del CCM."
"Ara tenim una línia de producció de CCM molt flexible al CETMA", va dir Pappadà."Aquí podem aplicar diferents pressions segons sigui necessari per aconseguir formes complexes.La línia de productes que desenvoluparem juntament amb Leonardo estarà més enfocada a complir els seus components específics necessaris.Creiem que es poden utilitzar diferents línies CCM per a cordons plans i en forma de L en lloc de formes més complexes.D'aquesta manera, en comparació amb les grans premses que s'utilitzen actualment per produir peces de TPC geomètriques complexes, podem fer que el cost de l'equip es mantingui baix".
El CETMA utilitza CCM per produir lligams i panells a partir de cinta unidireccional de fibra de carboni/PEKK, i després utilitza la soldadura per inducció d'aquest demostrador de paquets de quilla per connectar-los al projecte Clean Sky 2 KEELBEMAN gestionat per EURECAT.Font|"Es realitza un demostrador per soldar bigues de quilla termoplàstica".
"La soldadura per inducció és molt interessant per als materials compostos, perquè la temperatura es pot ajustar i controlar molt bé, l'escalfament és molt ràpid i el control és molt precís", ha dit Pappadà."Juntament amb Leonardo, hem desenvolupat la soldadura per inducció per unir components TPC.Però ara estem considerant utilitzar la soldadura per inducció per a la consolidació in situ (ISC) de cinta TPC.Amb aquesta finalitat, hem desenvolupat una nova cinta de fibra de carboni, que es pot escalfar molt ràpidament mitjançant soldadura per inducció mitjançant una màquina especial.La cinta utilitza el mateix material base que la cinta comercial, però té una arquitectura diferent per millorar la calefacció electromagnètica.Tot i que optimitzem les propietats mecàniques, també estem considerant el procés per intentar complir diferents requisits, com ara com tractar-los de manera rendible i eficient mitjançant l'automatització".
Va assenyalar que és difícil aconseguir ISC amb cinta TPC amb una bona productivitat.“Per utilitzar-lo per a la producció industrial, cal escalfar i refredar més ràpidament i aplicar pressió de manera molt controlada.Per això, vam decidir utilitzar la soldadura per inducció per escalfar només una petita zona on es consolida el material, i la resta de laminats es mantenen freds”.Pappadà diu que el TRL per a la soldadura per inducció que s'utilitza per al muntatge és més elevat.“
La integració in situ mitjançant calefacció per inducció sembla extremadament disruptiva: actualment, cap altre OEM o proveïdor de nivell ho fa públicament."Sí, això pot ser una tecnologia disruptiva", va dir Corvaglia.“Hem demanat patents per a la màquina i els materials.El nostre objectiu és un producte comparable als materials compostos termoestables.Moltes persones intenten utilitzar TPC per a AFP (Colocació automàtica de fibra), però el segon pas s'ha de combinar.Pel que fa a la geometria, aquesta és una gran limitació en termes de cost, temps de cicle i mida de la peça.De fet, podem canviar la manera de produir peces aeroespacials".
A més dels termoplàstics, Leonardo continua investigant la tecnologia RTM.“Aquest és un altre àmbit on estem col·laborant amb CETMA, i s'han patentat nous desenvolupaments basats en l'antiga tecnologia (SQRTM en aquest cas).Emmotllament de transferència de resina qualificat desenvolupat originalment per Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, EUA) (SQRTM).Corvaglia va dir: "És important tenir un mètode d'autoclau (OOA) que ens permeti utilitzar materials que ja estan qualificats.“Això també ens permet utilitzar preimpregnats amb característiques i qualitats conegudes.Hem utilitzat aquesta tecnologia per dissenyar, demostrar i sol·licitar una patent per a marcs de finestres d'avions.“
Malgrat la COVID-19, CETMA encara està processant el programa Leonardo, aquí es mostra l'ús de SQRTM per fer estructures de finestres d'avions per aconseguir components lliures de defectes i accelerar el preformat en comparació amb la tecnologia RTM tradicional.Per tant, Leonardo pot substituir peces metàl·liques complexes per peces compostes de malla sense més processament.Font |CETMA, Leonardo.
Pappadà ha assenyalat: "Aquesta també és una tecnologia més antiga, però si entres en línia, no pots trobar informació sobre aquesta tecnologia".Un cop més, estem utilitzant models analítics per predir i optimitzar els paràmetres del procés.Amb aquesta tecnologia, podem obtenir una bona distribució de la resina -sense zones seques ni acumulació de resina- i una porositat gairebé nul·la.Com que podem controlar el contingut de fibra, podem produir propietats estructurals molt elevades i la tecnologia es pot utilitzar per produir formes complexes.Utilitzem els mateixos materials que compleixen els requisits de curat en autoclau, però utilitzem el mètode OOA, però també podeu decidir utilitzar una resina de curat ràpid per escurçar el temps del cicle a uns quants minuts.“
"Fins i tot amb el preimpregnat actual, hem reduït el temps de curat", va dir Corvaglia."Per exemple, en comparació amb un cicle d'autoclau normal de 8-10 hores, per a peces com ara marcs de finestres, SQRTM es pot utilitzar durant 3-4 hores.La calor i la pressió s'apliquen directament a les peces i la massa de calefacció és menor.A més, l'escalfament de la resina líquida a l'autoclau és més ràpid que l'aire, i la qualitat de les peces també és excel·lent, cosa que és especialment beneficiosa per a formes complexes.Sense reelaboració, gairebé zero buits i una excel·lent qualitat de superfície, perquè l'eina està a Control it, no la bossa de buit.
Leonardo està utilitzant una varietat de tecnologies per innovar.A causa del ràpid desenvolupament de la tecnologia, creu que la inversió en R+D d'alt risc (trl baix) és essencial per al desenvolupament de noves tecnologies necessàries per als productes futurs, la qual cosa supera les capacitats de desenvolupament incrementals (a curt termini) que ja posseeixen els productes existents. .El pla director d'R+D 2030 de Leonardo combina aquesta combinació d'estratègies a curt i llarg termini, que és una visió unificada per a una empresa sostenible i competitiva.
Com a part d'aquest pla, llançarà Leonardo Labs, una xarxa internacional de laboratoris corporatius d'R+D dedicada a l'R+D i la innovació.L'any 2020, la companyia buscarà obrir els sis primers laboratoris Leonardo a Milà, Torí, Gènova, Roma, Nàpols i Taranto, i està contractant 68 investigadors (Leonardo Research Fellows) amb habilitats en els següents camps): 36 sistemes intel·ligents autònoms per a posicions d'intel·ligència artificial, 15 anàlisis de big data, 6 informàtica d'alt rendiment, 4 electrificació de plataformes d'aviació, 5 materials i estructures i 2 tecnologies quàntiques.El Laboratori Leonardo farà el paper d'un lloc d'innovació i de creador de la tecnologia futura de Leonardo.
Val la pena assenyalar que la tecnologia de Leonardo comercialitzada en aeronaus també es pot aplicar als seus departaments de terra i mar.Estigueu atents per obtenir més actualitzacions sobre Leonardo i el seu impacte potencial en els materials compostos.
La matriu uneix el material reforçat amb fibres, dóna forma al component compost i determina la seva qualitat superficial.La matriu composta pot ser de polímer, ceràmica, metall o carboni.Aquesta és una guia de selecció.
Per a aplicacions de compostes, aquestes microestructures buides substitueixen una gran quantitat de volum per un pes baix i augmenten el volum de processament i la qualitat del producte.
Hora de publicació: 09-feb-2021