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): Collo dielektrik sabiti (CP) ve Collo iyonik viskozite (CIV), zamana karşı reçine direnci (Sentezler) ve implante edilen kaprolaktamın dijital modeli Elektromanyetik sensörler kullanarak önceden şekillendirilir (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 (CW'nin çevrimiçi sensör içerik setine bakın). makale, kompozit malzemelerde kullanılan sensörleri, bunların vaat edilen faydalarını ve zorluklarını ve geliştirilmekte olan teknolojik ortamı tartışarak bu rapora dayanmaktadır. 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. EV pil kapağı göstericisi üretme projesi (akıllı ulaşımda kompozit malzemeler). Parça, polimerize olan termoplastik reçine transfer kalıplama (T-RTM) kullanılarak üretilir. kaprolaktam monomerinin yerinde bir poliamid 6 (PA6) kompozitine dönüştürülmesi. UNA Profesörü ve UNA'nın Augsburg'daki Yapay Zeka (AI) Üretim Ağı Başkanı Markus Sause, sensörlerin neden bu kadar önemli olduğunu açıklıyor: "Sunduğumuz en büyük avantaj, işlem sırasında kara kutunun içinde neler oluyor? 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. Montajların daha yüksek verimliliğe sahip olması nedeniyle, her parça üzerinde geleneksel işlem sonrası incelemelerin ve testlerin tümünü yapmaya gücümüz yetmedi” dedi Karapapas. tedavi döngüsü. 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 analizinin birleşimi. teklif, gerçek zamanlı olarak doğrudan geri bildirim sağlayan yeni bir teknolojidir, böylece sürecinizin gerçekte nasıl çalıştığını daha iyi anlayabilir ve işler ters gittiğinde tepki verebilirsiniz," diyor Järveläinen. "Sensörlerimiz gerçek zamanlı verileri anlaşılır ve eyleme dönüştürülebilir fiziksel niceliklere dönüştürüyor, Proses optimizasyonuna izin veren reolojik viskozite gibi. Örneğin, karıştırmanın ne zaman tamamlandığını net bir şekilde 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 için belirli hedefleri takip ederken, parça malzemeleri ve süreçlerindeki değişiklikleri takip etmek için onlarca yıldır MSM'yi takip ediyor. ve/veya 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 aracılığıyla gerçek zamanlı reçine direnci ve sıcaklık ölçümlerine dayalı olduğunu bildiriyor ve Optiview Yazılımı tahmini viskozite ve Tg'ye dönüşüyor. "Üreticiler Tg'yi gerçek zamanlı olarak görebiliyor, böylece kürleme döngüsünü ne zaman durduracaklarına karar verebiliyorlar" diye açıklıyor Sentezitler Direktörü Nikos Pantelelis. "Bir işlemi tamamlamak için beklemek zorunda değiller" gereğinden uzun taşıma döngüsü. 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; ön emprenye edilmiş bandın (ZAero) otomatik yerleştirilmesi ve fiber sprey ön şekillendirmenin, yüksek basınçlı T-RTM ile karşılaştırıldığında Hızlı sertleşen epoksi (iComposite 4.0) ile RTM için CosiMo. Bu projelerin tümü, 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 kılmak için 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 kürleme sensörü gerektirmeyen bir kürleme simülatörü de geliştirmiştir. Nikos Pantelelis, bunun yerine bu analiz ünitesinde bir sıcaklık sensörü ve reçine/prepreg numuneleri kullanıyor. "Rüzgar türbini kanadı üretiminde infüzyon ve yapışkan kürleme için bu son teknoloji ürünü yöntemi kullanıyoruz" dedi. , Sentezitler Direktörü.
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 malzemeyle temas gerektirmez. Ultrasonik sensörler ayrıca kullanılan frekansa bağlı olarak farklı derinliklerdeki parçaları da sorgulayabilir. Collo elektromanyetik sensörler ayrıca sıvıların veya parçaların derinliğini de okuyabilir – 2-10 cm, sorgulama sıklığına bağlı olarak ve metal olmayan kaplar veya reçineyle temas eden aletler aracılığıyla.
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. Yapışkan bağ katmanına gömülü olan AvPro'nun ThermoPulse mikrodalga sensörü, bağlama işlemi sırasında sıcaklığı ölçmek için 25 mm kalınlığında karbon fiber laminat aracılığıyla sorgulanmıştır. Mikrodalgaların tüylü çapı 3-70 mikron arasındadır, kompozit veya bondline performansını etkilemezler. 100-200 mikron gibi biraz daha büyük çaplarda, fiber optik sensörler yapısal özellikleri bozmadan da gömülebilir. Ancak ölçüm için ışık kullandıkları için , fiber optik sensörler sorgulayıcıya kablolu bir bağlantıya sahip olmalıdır. Benzer şekilde, dielektrik sensörler reçine özelliklerini ölçmek için voltaj kullandığından, bunların da bir sorgulayıcıya bağlı olması gerekir ve çoğunun da içinde olması gerekir. izledikleri reçineyle temas halinde.
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 kullanılabilir ve yeniden kullanılabilir kalıp içi sensörleri, 350°C'ye kadar parça yüzeylerinde kullanılabilir. 250°C.RVmagnetics (Kosice, Slovakya), 500°C'de sertleşmeye dayanabilen kompozit malzemeler için mikrodalga sensörünü geliştirdi. Collo sensör teknolojisinin kendisinde teorik bir sıcaklık sınırı bulunmamakla birlikte, Collo Plakası ve yeni Collo Probu için polietereterketon (PEEK) muhafazanın her ikisi de Järveläinen'e göre 150°C'de sürekli çalışma açısından test edilmiştir. Bu arada, PhotonFirst (Alkmaar, Hollanda), sürdürülebilir ve uygun maliyetli bir yüksek sıcaklık kompoziti için SuCoHS projesine yönelik fiber optik sensörüne 350°C çalışma sıcaklığı sağlamak amacıyla bir poliimid kaplama kullandı.
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 inşaat sırasında reçine akışının izlenmesi için kullanılmıştır. büyük köprü tabliyelerinin infüzyonu.Böyle bir proje için ayrı nokta sensörlerinin kurulması, çok sayıda sensör ve çok fazla kurulum süresi gerektirir.NCC ve Cranfield Üniversitesi, doğrusal dielektrik sensörleri için benzer avantajlar iddia ediyor. Lambient, Netzsch ve Synthesites, "Doğrusal sensörümüzle uzunluk boyunca reçine akışını 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. ayrı fiber optik hatlar), her biri 5 ila 6 FBG sensörüne sahiptir (PhotonFirst toplam 23 sensör sunar), karbon fiber testinde RVmagnetics mikrodalga sensörlerini pultrüzyonlu GFRP inşaat demirinin içine yerleştirdi. "Teller kesintilidir (kompozit mikrodalgaların çoğu için 1-4 cm uzunluğundadır), ancak inşaat demiri üretildiğinde otomatik olarak sürekli olarak yerleştirilir" diyor kurucu ortağı Ratislav Varga. RVmanyetik. “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 hidrojenle ilgili 2021 tarihli makalesi.) Meggitt'ten Karapapas, aldığını söylüyor FBG sensörlü fiber optik hat teklifleri sensör başına ortalama 250 £ (≈300 €/sensör), sorgulayıcı ise yaklaşık 10.000 £ (12.000 €) değerindedir."Test ettiğimiz doğrusal dielektrik sensör daha çok satın alabileceğiniz kaplamalı bir tele benziyordu. "Kullandığımız sorgulayıcı," diye ekliyor Cranfield Üniversitesi Kompozit Süreç Bilimi okuyucusu (kıdemli araştırmacı) Alex Skordos, "bir empedanstır" Analizörü oldukça doğru ve maliyeti en az 30.000 £ [≈ 36.000 €]. Ancak NCC, temel olarak Advise Deta (Bedford, Birleşik Krallık) adlı ticari şirketin hazır modüllerinden oluşan çok daha basit bir sorgulayıcı kullanıyor.” 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, her ay hat başına kanat eklediklerini ve enerji kullanımını Yüzde 20, yalnızca dört aylık yatırım getirisi ile.
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. 2030 yılına kadar gerekli seviyelere ulaştıklarında tasarımları ve üretimi izliyorlar. 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 Tasarım ömrünün sonunda yeniden sertifikalandırın. 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 ayarlayabilirsiniz Järveläinen şöyle diyor: Bireysel müşteriler için yapıştırıcılarının bileşimi, aynı zamanda Kiilto'nun reçinelerin müşterilerin süreçlerinde nasıl etkileşime girdiğini ve müşterilerin ürünleriyle nasıl etkileşime girdiğini anlamasını sağlıyor, 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 prepreg'in yatay olarak sıkıştırılması, ardından %30 kısa cam elyaf takviyeli PA6 ile üst kalıplanması işlemi. Anahtar nokta şudur: epokside kalan reaktivitenin termoplastiğe bağlanmayı mümkün kılabilmesi için ön emprenyeyi yalnızca kısmen iyileştirmek. AZL, enjeksiyonlu kalıplamayı optimize etmek için Optimold ve Netzsch DEA288 Epsilon analizörlerini, Synthesites ve Netzsch dielektrik sensörlerini ve Kistler kalıp içi sensörlerini ve DataFlow yazılımını kullanıyor. Prepreg sıkıştırmalı kalıplama prosesi hakkında derinlemesine bilgi sahibi olmanız gerekir çünkü termoplastikle iyi bir bağlantı elde etmek için kürlenme durumunu anladığınızdan emin olmalısınız. aşırı kalıplama," diye açıklıyor AZL araştırma mühendisi Richard Schares. "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 çok geniş bir alana genişlettiğini" ekledi. Endüstriyel ortakların makineleri yerleştirebileceği, projeleri yürütebileceği ve yeni yapay zeka çözümlerinin nasıl entegre edileceğini öğrenebileceği bağlantılı otomasyon hücreleri de dahil olmak üzere kapsam.”
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
