Sürdürülebilirlik arayışında sensörler döngü sürelerini, enerji kullanımını ve israfı azaltıyor, kapalı döngü süreç kontrolünü otomatikleştiriyor ve bilgiyi artırıyor, akıllı üretim ve yapılar için yeni olanaklar açıyor.#sensörler #sürdürülebilirlik #SHM
Soldaki sensörler (yukarıdan aşağıya): ısı akışı (TFX), kalıp içi dielektrikler (Lambient), ultrasonikler (Augsburg Üniversitesi), tek kullanımlık dielektrikler (Synthesites) ve kuruşlar ile termokupllar arasındaki Mikrotel (AvPro).Grafikler (üstte, saat yönünde): Kollo dielektrik sabiti (CP), Kollo iyonik viskoziteye (CIV), zamana karşı reçine direnci (Sentezler) ve elektromanyetik sensörler kullanılarak kaprolaktam implante edilmiş ön kalıpların dijital modeli (CosiMo projesi, DLR ZLP, Augsburg Üniversitesi).
Küresel endüstri, COVID-19 salgınından kurtulmaya devam ettikçe, israfın ve kaynak tüketiminin (enerji, su ve malzeme gibi) azaltılmasını gerektiren sürdürülebilirliğe öncelik vermeye başladı. Sonuç olarak, üretimin daha verimli ve daha akıllı hale gelmesi gerekiyor. .Fakat bu bilgi gerektirir.Kompozitler için bu veriler nereden geliyor?
CW'nin 2020 Kompozitler 4.0 serisi makalelerinde açıklandığı gibi, parça kalitesini ve üretimi iyileştirmek için gereken ölçümleri ve bu ölçümleri gerçekleştirmek için gereken sensörleri tanımlamak akıllı üretimin ilk adımıdır. 2020 ve 2021 boyunca CW, dielektrik sensörler hakkında rapor verdi ultrasonik ve elektromanyetik dalgalar kullanan sensörler, ısı akışı sensörleri, fiber optik sensörler ve temassız sensörlerin yanı sıra bunların yeteneklerini gösteren projeler (bkz. CW'nin çevrimiçi sensör içerik seti). Bu makale, kompozit sensörlerde kullanılan sensörleri tartışarak bu raporu temel almaktadır. malzemeler, bunların vaat edilen faydaları ve zorlukları ve geliştirilmekte olan teknolojik ortam. Özellikle kompozit endüstrisinde lider olarak ortaya çıkan şirketler halihazırda bu alanı araştırıyor ve bu alanda yön buluyor.
CosiMo'daki sensör ağı 74 sensörden oluşan bir ağ - 57'si Augsburg Üniversitesi'nde geliştirilen ultrasonik sensörlerdir (sağda gösterilmiştir, üst ve alt kalıp yarılarında açık mavi noktalar) - T-RTM için Kapak gösterimi için kullanılır termoplastik kompozit piller için kalıplama CosiMo projesi.Resim kredisi: CosiMo projesi, DLR ZLP Augsburg, Augsburg Üniversitesi
Hedef #1: Paradan tasarruf edin. CW'nin Aralık 2021 blogu, "Kompozit Proses Optimizasyonu ve Kontrolü için Özel Ultrasonik Sensörler", Augsburg Üniversitesi'nde (UNA, Augsburg, Almanya) CosiMo için 74 sensörden oluşan bir ağ geliştirme çalışmalarını anlatıyor. Bir EV pil kapağı göstericisi üretme projesi (akıllı ulaşımda kompozit malzemeler). Parça, kaprolaktam monomerini yerinde bir poliamid 6 (PA6) kompozit halinde polimerize eden termoplastik reçine transfer kalıplama (T-RTM) kullanılarak üretilir. Markus Sause, Profesör UNA'da görevli ve UNA'nın Augsburg'daki Yapay Zeka (AI) Üretim Ağı Başkanı, sensörlerin neden bu kadar önemli olduğunu şöyle açıklıyor: “Sunduğumuz en büyük avantaj, işleme sırasında kara kutunun içinde olup bitenlerin görselleştirilmesidir. Şu anda çoğu üreticinin bunu başarmak için sınırlı sistemleri var. Örneğin, büyük havacılık parçaları yapmak için reçine infüzyonu kullanırken çok basit veya özel sensörler kullanıyorlar. Eğer infüzyon işlemi ters giderse, elinizde büyük bir hurda parçası kalır. Ancak üretim sürecinde neyin yanlış gittiğini ve nedenini anlayacak bir çözümünüz varsa, bunu düzeltip düzeltebilirsiniz, bu da size büyük miktarda para tasarrufu sağlar.”
Termokupllar, otoklav veya fırında kürleme sırasında kompozit laminatların sıcaklığını izlemek için onlarca yıldır kullanılan "basit veya özel sensör" örneğidir. Hatta kompozit onarım yamalarını iyileştirmek için fırınlardaki veya ısıtma battaniyelerindeki sıcaklığı kontrol etmek için bile kullanılırlar. termal bağlayıcılar. Reçine üreticileri, kür formülasyonları geliştirmek amacıyla reçine viskozitesinde zaman ve sıcaklık içinde meydana gelen değişiklikleri izlemek için laboratuvarda çeşitli sensörler kullanır. Bununla birlikte, ortaya çıkan şey, üretim sürecini yerinde görselleştirebilen ve kontrol edebilen bir sensör ağıdır. çoklu parametreler (örn. sıcaklık ve basınç) ve malzemenin durumu (örn. viskozite, agregasyon, kristalizasyon).
Örneğin, CosiMo projesi için geliştirilen ultrasonik sensör, bitmiş kompozit parçaların tahribatsız muayenesinin (NDI) temel dayanağı haline gelen ultrasonik muayeneyle aynı prensipleri kullanıyor.Petros Karapapas, Meggitt'te (Loughborough, Birleşik Krallık) Baş Mühendis, şunları söyledi: "Amacımız, dijital üretime doğru ilerlerken gelecekteki bileşenlerin üretim sonrası denetimi için gereken zamanı ve emeği en aza indirmektir." Malzeme Merkezi (NCC, Bristol, Birleşik Krallık) işbirliği, Cranfield Üniversitesi'nde (Cranfield, Birleşik Krallık) geliştirilen doğrusal bir dielektrik sensör kullanılarak RTM sırasında bir Solvay (Alpharetta, GA, ABD) EP 2400 halkasının izlenmesini göstermek için oksiresinin akışı ve kürlenmesi. Ticari bir uçak motoru ısı eşanjörü için 1,3 m uzunluğunda, 0,8 m genişliğinde ve 0,4 m derinliğinde kompozit kabuk. Her parça üzerinde test yapıyoruz” dedi Karapapas, “Şu anda bu RTM parçalarının yanında test panelleri oluşturuyoruz ve ardından kürleme döngüsünü doğrulamak için mekanik testler yapıyoruz. Ancak bu sensörle buna gerek yok."
Collo Probe, karıştırma işleminin ne zaman tamamlandığını tespit etmek için boya karıştırma kabına (üstteki yeşil daire) daldırılarak zamandan ve enerjiden tasarruf edilir. Resim kredisi: ColloidTek Oy
ColloidTek Oy'un (Kolo, Tampere, Finlandiya) CEO'su ve kurucusu Matti Järveläinen, "Hedefimiz başka bir laboratuvar cihazı olmak değil, üretim sistemlerine odaklanmak" diyor. CW Ocak 2022 blogu "Kompozitler için Parmak İzi Sıvıları" Collo'nun ürünlerini araştırıyor Monomerler, reçineler veya yapıştırıcılar gibi herhangi bir sıvının "parmak izini" ölçmek için elektromanyetik alan (EMF) sensörleri, sinyal işleme ve veri analizi kombinasyonu. "Sunduğumuz şey, gerçek zamanlı olarak doğrudan geri bildirim sağlayan yeni bir teknolojidir; Prosesinizin gerçekte nasıl çalıştığını daha iyi anlayın ve işler ters gittiğinde tepki verin," diyor Järveläinen. "Sensörlerimiz, gerçek zamanlı verileri, proses optimizasyonuna olanak tanıyan reolojik viskozite gibi anlaşılabilir ve eyleme dönüştürülebilir fiziksel niceliklere dönüştürüyor. Örneğin, karıştırmanın ne zaman tamamlandığını açıkça görebildiğiniz için karıştırma sürelerini kısaltabilirsiniz. Bu nedenle, daha az optimize edilmiş işlemeye kıyasla üretkenliği artırabilir, enerji tasarrufu sağlayabilir ve hurdayı azaltabilirsiniz.”
Hedef #2: Süreç bilgisini ve görselleştirmeyi artırın. Toplama gibi süreçler için Järveläinen şöyle diyor: "Yalnızca bir anlık görüntüden çok fazla bilgi göremezsiniz. Sadece bir örnek alıp laboratuvara gidiyorsunuz ve dakikalar ya da saatler önce nasıl olduğuna bakıyorsunuz. Otoyolda araba kullanmak gibi, her saat başı Bir dakika gözlerinizi açın ve yolun nereye gideceğini tahmin etmeye çalışın.” Sause da aynı fikirde ve CosiMo'da geliştirilen sensör ağının "sürecin ve malzeme davranışının tam bir resmini elde etmemize yardımcı olduğunu" belirtiyor. Parça kalınlığındaki değişikliklere veya köpük çekirdek gibi entegre malzemelere yanıt olarak süreçte yerel etkileri görebiliriz. Yapmaya çalıştığımız şey kalıpta gerçekte neler olduğu hakkında bilgi sağlamaktır. Bu, akış cephesinin şekli, her bir yarı zamanlının gelişi ve her bir sensör konumunda toplanma derecesi gibi çeşitli bilgileri belirlememize olanak tanıyor."
Collo, üretilen her parti için proses profilleri oluşturmak amacıyla epoksi yapıştırıcılar, boyalar ve hatta bira üreticileriyle birlikte çalışıyor. Artık her üretici, partiler spesifikasyon dışı kaldığında müdahale edecek uyarılarla kendi proseslerinin dinamiklerini görüntüleyebilir ve daha optimize edilmiş parametreler ayarlayabilir. Bu yardımcı olur Kaliteyi stabilize edin ve iyileştirin.
Kalıp içi sensör ağından alınan ölçüm verilerine dayanan, zamanın bir fonksiyonu olarak bir CosiMo parçasındaki akış cephesinin videosu (enjeksiyon girişi ortadaki beyaz noktadır). Resim kredisi: CosiMo projesi, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
Meggitt'ten Karapapas, "Ben kutuyu açıp sonrasında ne olacağını görmek değil, parça üretimi sırasında ne olduğunu bilmek istiyorum" diyor. Cranfield'ın dielektrik sensörlerini kullanarak geliştirdiğimiz ürünler, süreci yerinde görmemizi sağladı ve ayrıca reçinenin sertleştiğini doğrulamak için.” Aşağıda açıklanan altı sensör tipinin tümünü kullanarak (kapsamlı bir liste değil, sadece küçük bir seçim, tedarikçiler de dahil) kürleme/polimerizasyon ve reçine akışını izleyebilir. Bazı sensörlerin ek yetenekleri vardır ve birleştirilmiş sensör tipleri izleme ve görselleştirme olanaklarını genişletebilir Bu, Kistler (Winterthur, İsviçre) tarafından sıcaklık ve basınç ölçümleri için ultrasonik, dielektrik ve piezo dirençli mod içi sensörlerin kullanıldığı CosiMo sırasında gösterildi.
Hedef #3: Döngü süresini kısaltın. Collo sensörleri, A ve B parçaları karıştırılıp RTM sırasında ve bu tür sensörlerin yerleştirildiği kalıbın her noktasına enjekte edildiğinden, iki parçalı hızlı sertleşen epoksinin tekdüzeliğini ölçebilir. RTM6 gibi mevcut tek parçalı epoksilere kıyasla daha hızlı kürlenme döngüleri sağlayacak olan Urban Air Mobility (UAM) gibi uygulamalar için daha hızlı kürlenen reçineler.
Collo sensörleri ayrıca epoksinin gazının alınmasını, enjekte edilmesini ve kürlenmesini ve her işlemin ne zaman tamamlandığını izleyebilir ve görselleştirebilir. İşlenen malzemenin gerçek durumuna (geleneksel zaman ve sıcaklık tariflerine karşı) dayalı kürleme ve diğer süreçlerin bitirilmesine malzeme durumu yönetimi denir. (MSM). AvPro (Norman, Oklahoma, ABD) gibi şirketler, cam geçiş sıcaklığı (Tg), viskozite, polimerizasyon ve/veya için belirli hedefleri takip ederken, parça malzemeleri ve süreçlerindeki değişiklikleri izlemek için onlarca yıldır MSM'yi takip ediyor. kristalizasyon. Örneğin, RTM presini ve kalıbını ısıtmak için gereken minimum süreyi belirlemek için CosiMo'daki bir sensör ağı ve dijital analiz kullanıldı ve maksimum polimerizasyonun %96'sının 4,5 dakikada elde edildiği bulundu.
Lambient Technologies (Cambridge, MA, ABD), Netzsch (Selb, Almanya) ve Synthesites (Uccle, Belçika) gibi dielektrik sensör tedarikçileri de çevrim sürelerini azaltma yeteneklerini gösterdiler. Synthesites'in kompozit üreticileri Hutchinson (Paris, Fransa) ile yaptığı Ar-Ge projesi ) ve Bombardier Belfast (şu anda Spirit AeroSystems (Belfast, İrlanda), Optimold veri toplama ünitesi ve Optiview Yazılımı aracılığıyla gerçek zamanlı reçine direnci ve sıcaklık ölçümlerine dayalı olarak tahmini viskozite ve Tg'ye dönüştürüldüğünü bildirmektedir. "Üreticiler Tg'yi görebilir) Gerçek zamanlı olarak kürleme döngüsünü ne zaman durduracaklarına karar verebiliyorlar” diye açıklıyor Synthesites Direktörü Nikos Pantelelis. “Gerekenden daha uzun bir taşıma döngüsünü tamamlamak için beklemek zorunda değiller. Örneğin, RTM6'nın geleneksel döngüsü 180°C'de 2 saatlik tam kürlemedir. Bazı geometrilerde bunun 70 dakikaya kadar kısaltılabildiğini gördük. Bu aynı zamanda INNOTOOL 4.0 projesinde de gösterilmiştir (bkz. “Isı Akısı Sensörleri ile RTM'nin Hızlandırılması”), burada bir ısı akışı sensörünün kullanılması RTM6 kürleme döngüsünü 120 dakikadan 90 dakikaya kısaltmıştır.
Hedef #4: Uyarlanabilir süreçlerin kapalı döngü kontrolü. CosiMo projesi için nihai hedef, kompozit parçaların üretimi sırasında kapalı döngü kontrolünü otomatikleştirmektir. Bu aynı zamanda CW tarafından rapor edilen ZAero ve iComposite 4.0 projelerinin de hedefidir. 2020 (%30-50 maliyet düşüşü). Bunların farklı süreçleri içerdiğini unutmayın: hızlı kürlenen epoksi (iComposite 4.0) ile RTM için CosiMo'da yüksek basınçlı T-RTM ile karşılaştırıldığında önceden emprenye edilmiş bandın (ZAero) otomatik yerleştirilmesi ve fiber sprey ön şekillendirme.Tümü Bu projelerin çoğu, süreci simüle etmek ve bitmiş parçanın sonucunu tahmin etmek için dijital modellere ve algoritmalara sahip sensörler kullanıyor.
Sause, proses kontrolünün bir dizi adım olarak düşünülebileceğini açıkladı. İlk adım, sensörleri ve proses ekipmanını entegre etmek, dedi ki, “kara kutuda neler olup bittiğini ve kullanılacak parametreleri görselleştirmek. Diğer birkaç adım, belki de kapalı devre kontrolün yarısı, müdahale etmek için durdurma düğmesine basabilmek, süreci ayarlayabilmek ve reddedilen parçaları önleyebilmektir. Son adım olarak, otomatikleştirilebilen ancak aynı zamanda makine öğrenimi yöntemlerine yatırım gerektiren bir dijital ikiz geliştirebilirsiniz." CosiMo'da bu yatırım, sensörlerin verileri dijital ikize beslemesine olanak tanır; Edge analizi (üretim hattının kenarında gerçekleştirilen hesaplamalar ile merkezi veri deposundan yapılan hesaplamalar karşılaştırıldığında) daha sonra akış ön dinamiklerini ve tekstil ön formu başına elyaf hacmi içeriğini tahmin etmek için kullanılır. ve potansiyel kuru noktalar. "İdeal olarak, kapalı devre kontrolü ve süreçte ayarlamayı mümkün kılacak ayarlar oluşturabilirsiniz" dedi Sause. "Bunlar enjeksiyon basıncı, kalıp basıncı ve sıcaklık gibi parametreleri içerecektir. Bu bilgiyi materyalinizi optimize etmek için de kullanabilirsiniz.”
Bunu yaparken şirketler, prosesleri otomatikleştirmek için sensörler kullanıyor. Örneğin, Synthesites, infüzyon tamamlandığında reçine girişini kapatmak veya hedef sertleşmeye ulaşıldığında ısı presini açmak için sensörleri ekipmanla entegre etmek için müşterileriyle birlikte çalışıyor.
Järveläinen, her kullanım durumu için hangi sensörün en iyi olduğunu belirlemek için "malzemede ve süreçte hangi değişiklikleri izlemek istediğinizi anlamanız ve ardından bir analizöre sahip olmanız gerektiğini" belirtiyor. Analizör, sorgulayıcı veya veri toplama birimi tarafından toplanan verileri elde eder. Sause, "Aslında birçok şirketin sensörleri entegre ettiğini görüyorsunuz, ancak verilerle hiçbir şey yapmıyorlar" dedi. İhtiyaç duyulan şeyin "bir sistem" olduğunu açıkladı. veri toplamanın yanı sıra verileri işleyebilecek bir veri depolama mimarisine sahip.”
Järveläinen, "Son kullanıcılar yalnızca ham verileri görmek istemiyor" diyor. "'Süreç optimize edilmiş mi?' sorusunu bilmek istiyorlar." Bir sonraki adım ne zaman atılabilir?"Bunu yapmak için birden fazla sensörü birleştirmeniz gerekir. analiz için kullanın ve ardından süreci hızlandırmak için makine öğrenimini kullanın." Collo ve CosiMo ekibi tarafından kullanılan bu kenar analizi ve makine öğrenimi yaklaşımı, viskozite haritaları, reçine akış cephesinin sayısal modelleri aracılığıyla elde edilebilir ve sonuçta süreç parametrelerini ve makineleri kontrol etme yeteneği görselleştirilir.
Optimold, Synthesites tarafından dielektrik sensörleri için geliştirilen bir analizördür. Synthesites'in Optiview yazılımı tarafından kontrol edilen Optimold ünitesi, karışım oranı, kimyasal yaşlanma, viskozite, Tg dahil olmak üzere reçine durumunu izlemek üzere gerçek zamanlı grafikleri hesaplamak ve görüntülemek için sıcaklık ve reçine direnci ölçümlerini kullanır. ve kürlenme derecesi.Ön emprenye ve sıvı şekillendirme proseslerinde kullanılabilir.Akış izleme için ayrı bir ünite Optiflow kullanılır.Synthesites ayrıca kalıpta veya parçada kürleme sensörü gerektirmeyen bunun yerine bir kürleme sensörü kullanan bir kürleme simülatörü geliştirdi. sıcaklık sensörü ve reçine/prepreg numuneleri bu analiz ünitesinde yer alıyor. Synthesites Direktörü Nikos Pantelelis, "Rüzgar türbini kanadı üretiminde infüzyon ve yapışkan kürleme için bu son teknoloji ürünü yöntemi kullanıyoruz" dedi.
Synthesites proses kontrol sistemleri; sensörleri, Optiflow ve/veya Optimold veri toplama ünitelerini ve OptiView ve/veya Online Resin Status (ORS) yazılımını entegre eder.Resim kredisi: Synthesites, The CW tarafından düzenlenmiştir.
Bu nedenle çoğu sensör tedarikçisi, bazıları makine öğrenimini kullanan, bazıları ise kullanmayan kendi analizörlerini geliştirmiştir. Ancak kompozit üreticileri ayrıca kendi özel sistemlerini geliştirebilir veya kullanıma hazır cihazlar satın alabilir ve bunları belirli ihtiyaçları karşılayacak şekilde değiştirebilir. Ancak analizör kapasitesi, Dikkate alınması gereken tek faktör var. Daha pek çok faktör var.
Hangi sensörün kullanılacağını seçerken temas da önemli bir husustur. Sensörün malzemeyle, sorgulayıcıyla veya her ikisiyle temas halinde olması gerekebilir. Örneğin, ısı akışı ve ultrasonik sensörler bir RTM kalıbına 1-20 mm mesafede yerleştirilebilir. yüzey – hassas izleme, kalıptaki malzeme ile temas gerektirmez. Ultrasonik sensörler ayrıca kullanılan frekansa bağlı olarak farklı derinliklerdeki parçaları da sorgulayabilir. Collo elektromanyetik sensörler ayrıca sıvıların veya parçaların derinliğini de okuyabilir – bağlı olarak 2-10 cm sorgulama sıklığına ve reçineyle temas eden metalik olmayan kaplar veya araçlara göre.
Bununla birlikte, manyetik mikrodalgalar (bkz. “Kompozitlerin içindeki sıcaklık ve basıncın temassız izlenmesi”) şu anda kompozitleri 10 cm mesafeden sorgulayabilen tek sensörlerdir. Bunun nedeni, sensörden bir yanıt elde etmek için elektromanyetik indüksiyon kullanmasıdır. kompozit malzemenin içine gömülüdür. AvPro'nun yapışkan bağ katmanına gömülü ThermoPulse mikrodalga sensörü, bağlama işlemi sırasında sıcaklığı ölçmek için 25 mm kalınlığında karbon fiber laminat aracılığıyla sorgulanmıştır. Mikrodalgaların tüylü çapı 3-70 mikron olduğundan, kompozit veya yapıştırma hattı performansını etkilemezler. 100-200 mikron gibi biraz daha büyük çaplarda, fiber optik sensörler yapısal özellikleri bozmadan da gömülebilir. Ancak ölçüm için ışık kullandıklarından fiber optik sensörlerin kablo ile bir bağlantısı olması gerekir. Benzer şekilde, dielektrik sensörler reçine özelliklerini ölçmek için voltaj kullandığından, bunların aynı zamanda bir sorgulayıcıya da bağlanması gerekir ve çoğunun izledikleri reçine ile temas halinde olması gerekir.
Collo Probe (üst) sensörü sıvılara daldırılabilirken Collo Plakası (altta) bir kabın/karıştırma kabının veya proses borularının/besleme hattının duvarına monte edilebilir.Resim kredisi: ColloidTek Oy
Sensörün sıcaklık kapasitesi bir diğer önemli husustur. Örneğin, kullanıma hazır ultrasonik sensörlerin çoğu genellikle 150°C'ye kadar sıcaklıklarda çalışır, ancak CosiMo'daki parçaların 200°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oluşturulması gerekir. Bu nedenle UNA bu özelliğe sahip bir ultrasonik sensör tasarlamak zorundaydı. Lambient'in tek kullanımlık dielektrik sensörleri 350°C'ye kadar parça yüzeylerinde kullanılabiliyor ve yeniden kullanılabilir kalıp içi sensörleri 250°C'ye kadar kullanılabiliyor.RVmagnetics (Kosice, Slovakya) geliştirdi 500°C'de sertleşmeye dayanabilen kompozit malzemelere yönelik mikrodalga sensörü. Collo sensör teknolojisinin kendisinde teorik bir sıcaklık sınırı bulunmamakla birlikte, Collo Plakası için temperli cam koruma ve Collo Probu için yeni polietereterketon (PEEK) muhafazası test edilmiştir. Järveläinen'e göre 150°C'de sürekli çalışma için. Bu arada PhotonFirst (Alkmaar, Hollanda), SuCoHS projesi için fiber optik sensörüne sürdürülebilir ve uygun maliyetli bir çalışma sıcaklığı sağlamak üzere 350°C'lik bir çalışma sıcaklığı sağlamak üzere bir poliimid kaplama kullandı. Etkili yüksek sıcaklık kompoziti.
Özellikle kurulum için dikkate alınması gereken bir diğer faktör, sensörün tek bir noktada mı ölçüm yaptığı yoksa birden fazla algılama noktasına sahip doğrusal bir sensör mü olduğudur. Örneğin, Com&Sens (Eke, Belçika) fiber optik sensörler 100 metreye kadar uzunluğa sahip olabilir ve daha fazla özelliğe sahip olabilir. Minimum 1 cm aralıkla 40 fiber Bragg ızgara (FBG) algılama noktasına kadar. Bu sensörler, 66 metre uzunluğundaki kompozit köprülerin yapısal sağlığının izlenmesi (SHM) ve büyük köprü tabliyelerinin infüzyonu sırasında reçine akışının izlenmesi için kullanılmıştır. böyle bir proje için bireysel nokta sensörleri, çok sayıda sensör ve çok fazla kurulum süresi gerektirecektir. NCC ve Cranfield Üniversitesi, lineer dielektrik sensörleri için benzer avantajlar iddia ediyor. Lambient, Netzsch ve Synthesites tarafından sunulan tek noktalı dielektrik sensörlerle karşılaştırıldığında, " Doğrusal sensörümüz sayesinde reçine akışını uzunluk boyunca sürekli olarak izleyebiliyoruz, bu da parça veya takımda gereken sensör sayısını önemli ölçüde azaltıyor."
Fiber Optik Sensörler için AFP NLR Dört fiber optik sensör dizisini yüksek sıcaklıkta, karbon fiberle güçlendirilmiş kompozit test paneline yerleştirmek için Coriolis AFP kafasının 8. kanalına özel bir ünite entegre edilmiştir. Resim kredisi: SuCoHS Projesi, NLR
Doğrusal sensörler aynı zamanda kurulumların otomatikleştirilmesine de yardımcı olur. SuCoHS projesinde Royal NLR (Hollanda Havacılık ve Uzay Merkezi, Marknesse), Dört diziyi (Queven, Fransa) yerleştirmek için Coriolis Composites'in (Queven, Fransa) 8. kanal Otomatik Fiber Yerleştirme (AFP) başkanına entegre özel bir ünite geliştirdi. karbon fiber test panellerinde her biri 5 ila 6 FBG sensörlü (PhotonFirst toplam 23 sensör sunar) ayrı fiber optik hatlar).RVmagnetics mikrodalga sensörlerini pultrüzyonlu GFRP inşaat demiri içine yerleştirmiştir. RVmagnetics'in kurucu ortağı Ratislav Varga, "Bu, çoğu kompozit mikrodalga için uzundur], ancak inşaat demiri üretildiğinde otomatik olarak sürekli olarak yerleştirilir" dedi. “1 km'lik bir mikrodalgaya sahip bir mikrodalga teliniz var. Filament bobinleri ve inşaat demirinin yapılma şeklini değiştirmeden bunu inşaat demiri üretim tesisine besleyin.” Bu arada Com&Sens, basınçlı kaplara filaman sarma işlemi sırasında fiber optik sensörlerin yerleştirilmesine yönelik otomatik teknoloji üzerinde çalışıyor.
Karbon fiber, elektriği iletme yeteneği nedeniyle dielektrik sensörlerde sorunlara neden olabilir. Dielektrik sensörler birbirine yakın yerleştirilmiş iki elektrot kullanır. Lambient'in kurucusu Huan Lee, "Fiberler elektrotlar arasında köprü kurarsa sensöre kısa devre yaptırır" diye açıklıyor. Bu durumda bir filtre kullanın. "Filtre, reçinenin sensörlerden geçmesine izin verir, ancak onları karbon fiberden yalıtır." Cranfield Üniversitesi ve NCC tarafından geliştirilen doğrusal dielektrik sensör, iki bükümlü çift bakır tel içeren farklı bir yaklaşım kullanır. Bir voltaj uygulandığında, teller arasında reçine empedansını ölçmek için kullanılan bir elektromanyetik alan oluşturulur. Teller kaplanmıştır. elektrik alanını etkilemeyen ancak karbon fiberin kısa devre yapmasını önleyen yalıtkan bir polimer içerir.
Elbette maliyet de bir sorun. Com&Sens, FBG algılama noktası başına ortalama maliyetin 50-125 avro olduğunu, toplu kullanımda (örneğin 100.000 basınçlı kap için) bu rakamın 25-35 avro civarına düşebileceğini belirtiyor.(Bu, kompozit basınçlı kapların mevcut ve öngörülen üretim kapasitesinin yalnızca bir kısmı, bkz. CW'nin hidrojen hakkındaki 2021 makalesi.) Meggitt'ten Karapapas, FBG sensörlü fiber optik hatlar için sensör başına ortalama 250 £ (≈300 €/sensör) tutarında teklifler aldığını söylüyor, sorgulayıcı yaklaşık 10.000 £ (12.000 €) değerinde. "Test ettiğimiz doğrusal dielektrik sensör daha çok raftan satın alabileceğiniz kaplı bir tele benziyordu" diye ekledi. "Kullandığımız sorgulayıcı," diye ekliyor okuyucu Alex Skordos ( Cranfield Üniversitesi Kompozit Süreç Bilimi alanında kıdemli araştırmacı, "çok doğru sonuç veren ve maliyeti en az 30.000 £ [≈ 36.000 €] olan bir empedans analizörüdür. Ancak NCC, temel olarak kullanıma hazır Ticari şirket Advise Deta'nın (Bedford, İngiltere) modülleri.” Synthesites, kalıp içi sensörler için 1.190 € ve tek kullanımlık/parça sensörler için 20 € fiyat teklif ediyor EUR cinsinden, Optiflow 3.900 EUR ve Optimold 7.200 EUR olarak fiyatlandırılıyor ve birden fazla analizör ünitesi için artan indirimler söz konusu. Bu fiyatlara Optiview yazılımı ve herhangi bir ürün dahildir. Pantelelis, rüzgar kanadı üreticilerinin döngü başına 1,5 saat tasarruf ettiklerini, ayda hat başına kanat eklediklerini ve yalnızca dört aylık bir yatırım getirisi ile enerji kullanımını yüzde 20 oranında azalttığını söyledi.
Kompozit 4.0 dijital üretimi geliştikçe sensör kullanan şirketler avantaj elde edecek. Örneğin, Com&Sens İş Geliştirme Direktörü Grégoire Beauduin şöyle diyor: "Basınçlı kap üreticileri ağırlığı, malzeme kullanımını ve maliyeti azaltmaya çalışırken, sensörlerimizi bunu haklı çıkarmak için kullanabilirler. tasarımları ve 2030 yılına kadar gerekli seviyelere ulaştıklarında üretimi izlemeleri. Filament sarma ve kürleme sırasında katmanlar içindeki gerilim seviyelerini değerlendirmek için kullanılan sensörler, aynı zamanda binlerce yakıt ikmali döngüsü sırasında tank bütünlüğünü de izleyebilir, gerekli bakımı tahmin edebilir ve tasarımın sonunda yeniden sertifikalandırabilir. hayat. Üretilen her kompozit basınçlı kap için dijital ikiz veri havuzu sağlanıyor ve uydular için de çözüm geliştiriliyor.”
Dijital ikizleri ve iplikleri etkinleştirme Com&Sens, yapılan her parçanın (solda) dijital ikizini destekleyen dijital kimlik kartlarını desteklemek amacıyla tasarım, üretim ve servis (sağda) boyunca dijital veri akışını sağlamak amacıyla fiber optik sensörlerini kullanmak üzere bir kompozit üreticisiyle birlikte çalışıyor. Resim kredisi: Com&Sens ve Şekil 1, “Dijital Konularla Mühendislik”, V. Singh, K. Wilcox.
Böylece sensör verileri, tasarım, üretim, hizmet operasyonları ve eskimeyi kapsayan dijital ipliğin yanı sıra dijital ikizi de destekler. Yapay zeka ve makine öğrenimi kullanılarak analiz edildiğinde, bu veriler tasarım ve işlemeye geri bildirimde bulunarak performansı ve sürdürülebilirliği artırır.Bu, aynı zamanda tedarik zincirlerinin birlikte çalışma şeklini de değiştirdi. Örneğin, yapıştırıcı üreticisi Kiilto (Tampere, Finlandiya), müşterilerinin çok bileşenli yapıştırıcı karıştırma ekipmanlarındaki A, B vb. bileşenlerin oranını kontrol etmesine yardımcı olmak için Collo sensörlerini kullanıyor."Kiilto Artık yapıştırıcılarının bileşimini bireysel müşteriler için ayarlayabiliyor” diyor Järveläinen, “ancak bu aynı zamanda Kiilto'nun reçinelerin müşterilerin süreçlerinde nasıl etkileşime girdiğini ve müşterilerin ürünleriyle nasıl etkileşime girdiğini anlamasına da olanak tanıyor, bu da tedarikin yapılma şeklini değiştiriyor. Zincirler birlikte çalışabilir.”
OPTO-Light, termoplastik aşırı kalıplanmış epoksi CFRP parçalarının kürlenmesini izlemek için Kistler, Netzsch ve Synthesites sensörlerini kullanır.Resim kredisi: AZL
Sensörler ayrıca yenilikçi yeni malzeme ve süreç kombinasyonlarını da destekler. CW'nin OPTO-Light projesi hakkındaki 2019 makalesinde (bkz. “Termoplastik Overmolding Termosetler, 2 Dakikalık Döngü, Tek Pil”) açıklanan AZL Aachen (Aachen, Almanya), iki adımlı bir yöntem kullanıyor tek bir To (UD) karbon fiber/epoksi ön emprenyeyi yatay olarak sıkıştırmak ve ardından %30 kısa cam elyaf takviyeli PA6 ile üst kalıplamak için işlem. Önemli olan, epokside kalan reaktivitenin termoplastiğe bağlanmayı mümkün kılabilmesi için ön emprenyeyi yalnızca kısmen kürlemektir. .AZL, enjeksiyonlu kalıplamayı optimize etmek için Synthesites ve Netzsch dielektrik sensörleri ve Kistler kalıp içi sensörleri ve DataFlow yazılımıyla birlikte Optimold ve Netzsch DEA288 Epsilon analizörlerini kullanıyor. AZL araştırma mühendisi Richard Schares, "Termoplastik üst kalıplamayla iyi bir bağlantı elde etmek için kürlenme durumunu anlayın" diye açıklıyor. "Gelecekte süreç uyarlanabilir ve akıllı olabilir; süreç rotasyonu sensör sinyalleriyle tetiklenir."
Ancak Järveläinen'e göre temel bir sorun var: "Müşterilerin bu farklı sensörleri süreçlerine nasıl entegre edecekleri konusundaki anlayış eksikliği. Çoğu şirketin sensör uzmanları yok." Şu anda ileriye giden yol, sensör üreticilerinin ve müşterilerin ileri geri bilgi alışverişini gerektiriyor. AZL, DLR (Augsburg, Almanya) ve NCC gibi kuruluşlar çoklu sensör uzmanlığı geliştiriyor. Sause, UNA içinde grupların yanı sıra yan kuruluşların da bulunduğunu söyledi. sensör entegrasyonu ve dijital ikiz hizmetleri sunan şirketler. Augsburg AI üretim ağının bu amaç için 7.000 metrekarelik bir tesis kiraladığını ve "CosiMo'nun geliştirme planını, endüstriyel ortakların bulunduğu bağlantılı otomasyon hücreleri de dahil olmak üzere çok geniş bir kapsama genişlettiğini" ekledi. Makineleri yerleştirebilir, projeleri yürütebilir ve yeni yapay zeka çözümlerinin nasıl entegre edileceğini öğrenebilirler.”
Carapappas, Meggitt'in NCC'deki dielektrik sensör gösterisinin bunun sadece ilk adımı olduğunu söyledi. "Sonuçta, süreçlerimi ve iş akışlarımı izlemek ve bunları ERP sistemimize beslemek istiyorum, böylece hangi bileşenleri üreteceğimi, hangi kişileri işe alacağımı önceden biliyorum. ihtiyaç ve hangi malzemelerin sipariş edileceği. Dijital otomasyon gelişiyor.”
CompositesWorld'ün SourceBook Composites Industry Satın Alma Kılavuzu'nun yıllık basılı baskısına karşılık gelen çevrimiçi SourceBook'a hoş geldiniz.
Spirit AeroSystems, Kingston, NC'de A350 Orta Gövdesi ve Ön Direkleri için Airbus Akıllı Tasarımını Uyguluyor
Gönderim zamanı: Mayıs-20-2022
