Итальянский OEM-поставщик и поставщик первого уровня Leonardo сотрудничал с отделом исследований и разработок CETMA для разработки новых композитных материалов, машин и процессов, включая индукционную сварку для консолидации термопластичных композитов на месте.#Trend#cleansky#f-35
Компания Leonardo Aerostructures, лидер в производстве композитных материалов, производит цельные корпуса фюзеляжа для Boeing 787. Компания сотрудничает с CETMA над разработкой новых технологий, включая непрерывное прессование (CCM) и SQRTM (внизу).Технология производства.Источник |Леонардо и CETMA
Этот блог основан на моем интервью со Стефано Корвалья, инженером-материалистом, директором по исследованиям и разработкам и менеджером по интеллектуальной собственности отдела авиастроения Leonardo (производственные мощности в Гротталье, Помильяно, Фоджа, Нола, южная Италия), а также интервью с доктором Сильвио Паппада, исследователем инженер и руководитель.Проект сотрудничества CETMA (Бриндизи, Италия) и Leonardo.
Leonardo (Рим, Италия) — один из крупнейших мировых игроков в аэрокосмической, оборонной и охранной сферах с оборотом 13,8 миллиардов евро и более чем 40 000 сотрудников по всему миру.Компания предоставляет комплексные решения для воздуха, земли, моря, космоса, сетей и безопасности, а также беспилотных систем по всему миру.Инвестиции Leonardo в исследования и разработки составляют примерно 1,5 миллиарда евро (11% выручки в 2019 году), занимая второе место в Европе и четвертое в мире по объему инвестиций в исследования в аэрокосмической и оборонной областях.
Leonardo Aerostructures производит цельные композитные бочки фюзеляжа для деталей 44 и 46 самолета Boeing 787 Dreamliner.Источник |Леонардо
Leonardo через свой отдел авиационных конструкций обеспечивает основные мировые программы гражданской авиации, производя и собирая крупные структурные компоненты из композитных и традиционных материалов, включая фюзеляж и хвостовое оперение.
Leonardo Aerostructures производит композитные горизонтальные стабилизаторы для Boeing 787 Dreamliner.Источник |Леонардо
Что касается композитных материалов, подразделение Aerospace Structure компании Leonardo производит «цельные бочки» для центральных секций 44 и 46 фюзеляжа Boeing 787 на своем заводе в Гротталье и горизонтальные стабилизаторы на заводе в Фодже, что составляет примерно 14% фюзеляжа 787.%.Производство других изделий из композитных конструкций включает производство и сборку заднего крыла коммерческих самолетов ATR и Airbus A220 на заводе в Фодже.Фоджа также производит композитные детали для Boeing 767 и военных программ, включая Joint Strike Fighter F-35, истребитель Eurofighter Typhoon, военно-транспортный самолет C-27J и Falco Xplorer, новейшего члена семейства произведенных беспилотных самолетов Falco. Леонардо.
«Вместе с CETMA мы ведем множество видов деятельности, например, в области термопластичных композитов и трансферного формования смол (RTM)», — сказал Корвалья.«Наша цель — в кратчайшие сроки подготовить НИОКР к производству.В нашем отделе (НИОКР и управление интеллектуальной собственностью) мы также ищем прорывные технологии с более низким уровнем TRL (уровень технической готовности, т. е. нижний уровень TRL только зарождается и находится дальше от производства), но мы надеемся быть более конкурентоспособными и оказывать помощь клиентам по всему миру. мир."
Паппада добавил: «После наших совместных усилий мы усердно работаем над снижением затрат и воздействия на окружающую среду.Мы обнаружили, что термопластичные композиты (TPC) менее эффективны по сравнению с термореактивными материалами».
Корвалья отметил: «Мы разработали эти технологии вместе с командой Сильвио и создали несколько прототипов автоматизированных аккумуляторов, чтобы оценить их в производстве».
«СКК — отличный пример наших совместных усилий», — сказал Паппада.«Леонардо определил некоторые компоненты, изготовленные из термореактивных композитных материалов.Вместе мы исследовали технологию обеспечения этих компонентов в ТПК, уделяя особое внимание местам наличия большого количества деталей на самолете, таким как стыковочные конструкции и простые геометрические формы.Стойки.
Детали, изготовленные на производственной линии непрерывного прессования CETMA.Источник |«CETMA: итальянские инновации в области исследований и разработок в области композитных материалов»
Он продолжил: «Нам нужна новая технология производства с низкой себестоимостью и высокой производительностью».Он отметил, что в прошлом при производстве одного компонента TPC образовывалось большое количество отходов.«Итак, мы произвели форму сетки на основе технологии неизотермического компрессионного формования, но мы внесли некоторые инновации (запатентованы) для сокращения отходов.Для этого мы спроектировали полностью автоматический агрегат, а затем его для нас построила итальянская компания.«
По словам Паппада, предприятие может производить компоненты, разработанные Леонардо, «по одному компоненту каждые 5 минут, работая 24 часа в сутки».Однако затем его команде пришлось придумать, как производить преформы.Он объяснил: «Вначале нам нужен был процесс плоского ламинирования, потому что в то время это было узким местом».«Итак, наш процесс начался с заготовки (плоского ламината), а затем нагрел ее в инфракрасной (ИК) печи., А затем поместить в пресс для формования.Плоские ламинаты обычно производятся на больших прессах, цикл которых занимает 4–5 часов.Мы решили изучить новый метод, который позволит быстрее производить плоские ламинаты.Поэтому в Леонардо при поддержке инженеров мы разработали высокопроизводительную линию по производству CCM в CETMA.Мы сократили время цикла изготовления деталей размером 1 на 1 м до 15 минут.Важно то, что это непрерывный процесс, поэтому мы можем производить продукцию неограниченной длины».
Инфракрасная тепловизорная камера (IRT) на линии прогрессивного профилирования SPARE помогает CETMA понять распределение температуры во время производственного процесса и провести 3D-анализ для проверки компьютерной модели в процессе разработки CCM.Источник |«CETMA: итальянские инновации в области исследований и разработок в области композитных материалов»
Однако как этот новый продукт соотносится с CCM, который Xperion (теперь XELIS, Маркдорф, Германия) использует более десяти лет?Паппада сказал: «Мы разработали аналитические и численные модели, которые могут предсказывать дефекты, такие как пустоты».«Мы сотрудничали с Леонардо и Университетом Саленто (Лечче, Италия), чтобы понять параметры и их влияние на качество.Мы используем эти модели для разработки нового CCM, который может иметь большую толщину, но при этом достигать высокого качества.С помощью этих моделей мы можем не только оптимизировать температуру и давление, но и оптимизировать метод их применения.Вы можете разработать множество методов равномерного распределения температуры и давления.Однако нам необходимо понять влияние этих факторов на механические свойства и рост дефектов композитных конструкций».
Паппада продолжил: «Наша технология более гибкая.Точно так же 20 лет назад был разработан CCM, но информации о нем нет, поскольку те немногие компании, которые его используют, не делятся знаниями и опытом.Поэтому мы должны начинать с нуля, только основываясь на нашем понимании композитных материалов и их обработки».
«Сейчас мы прорабатываем внутренние планы и работаем с клиентами, чтобы найти компоненты этих новых технологий», — сказал Корвалья.«Эти детали, возможно, придется перепроектировать и пройти повторную квалификацию, прежде чем можно будет начать производство».Почему?«Цель — сделать самолет максимально легким, но по конкурентоспособной цене.Поэтому мы также должны оптимизировать толщину.Однако мы можем обнаружить, что одна деталь может уменьшить вес или идентифицировать несколько деталей одинаковой формы, что может сэкономить много денег».
Он повторил, что до сих пор эта технология находилась в руках нескольких человек.«Но мы разработали альтернативные технологии для автоматизации этих процессов, добавив более совершенные пресс-формы.Укладываем плоский ламинат, а затем вынимаем его часть, готовую к использованию.Мы находимся в процессе модернизации деталей и разработки плоских или профилированных деталей.Этап КМС».
«Теперь у нас есть очень гибкая линия по производству CCM в CETMA», — сказал Паппада.«Здесь мы можем применять различное давление, необходимое для достижения сложных форм.Линейка продуктов, которую мы будем разрабатывать вместе с Леонардо, будет в большей степени ориентирована на удовлетворение конкретных необходимых компонентов.Мы считаем, что для плоских и L-образных стрингеров вместо более сложных форм можно использовать разные линии CCM.Таким образом, по сравнению с большими прессами, которые в настоящее время используются для производства деталей TPC сложной геометрической формы, мы можем снизить стоимость оборудования».
CETMA использует CCM для производства стрингеров и панелей из односторонней ленты из углеродного волокна/PEKK, а затем использует индукционную сварку этого демонстратора пучка килей для их соединения в проекте Clean Sky 2 KEELBEMAN, которым управляет EURECAT.Источник|»Реализован демонстратор сварки килевых балок из термопластика».
«Индукционная сварка очень интересна для композитных материалов, поскольку температуру можно очень хорошо регулировать и контролировать, нагрев очень быстрый, а контроль очень точный», — сказал Паппада.«Вместе с Леонардо мы разработали индукционную сварку для соединения компонентов TPC.Но теперь мы рассматриваем возможность использования индукционной сварки для консолидации на месте (ISC) ленты TPC.С этой целью мы разработали новую ленту из углеродного волокна. Ее можно очень быстро нагревать путем индукционной сварки с помощью специального аппарата.В ленте используется тот же базовый материал, что и в коммерческой ленте, но она имеет другую архитектуру для улучшения электромагнитного нагрева.Оптимизируя механические свойства, мы также рассматриваем этот процесс, чтобы попытаться удовлетворить различные требования, например, как с ними справиться экономически эффективно и эффективно посредством автоматизации».
Он отметил, что трудно добиться ISC с лентой TPC с хорошей производительностью.«Чтобы использовать его в промышленном производстве, необходимо быстрее нагревать и охлаждать, а также очень контролируемо применять давление.Поэтому мы решили использовать индукционную сварку, чтобы нагреть только небольшую область, где материал консолидируется, а остальные ламинаты остаются холодными».Паппада говорит, что TRL для индукционной сварки, используемой при сборке, выше.«
Интеграция на месте с использованием индукционного нагрева кажется чрезвычайно разрушительной — в настоящее время ни один другой OEM-поставщик или поставщик другого уровня не делает этого публично.«Да, это может быть прорывная технология», — сказал Корвалья.«Мы подали заявку на патенты на машину и материалы.Наша цель — продукт, сравнимый с термореактивными композитными материалами.Многие люди пытаются использовать TPC для AFP (автоматического размещения волокна), но второй шаг необходимо комбинировать.С точки зрения геометрии, это большое ограничение с точки зрения стоимости, времени цикла и размера детали.Фактически, мы можем изменить способ производства деталей для аэрокосмической отрасли».
Помимо термопластов, Леонардо продолжает исследовать технологию RTM.«Это еще одна область, в которой мы сотрудничаем с CETMA, и новые разработки на основе старой технологии (в данном случае SQRTM) запатентованы.Качественное трансферное формование смолы, первоначально разработанное компанией Radius Engineering (Солт-Лейк-Сити, Юта, США) (SQRTM).Корвалья сказал: «Важно иметь автоклавный метод (OOA), который позволяет нам использовать уже сертифицированные материалы.«Это также позволяет нам использовать препреги с хорошо известными характеристиками и качествами.Мы использовали эту технологию для проектирования, демонстрации и подачи заявки на патент на оконные рамы самолетов.«
Несмотря на COVID-19, CETMA все еще обрабатывает программу Leonardo. Здесь показано использование SQRTM для изготовления оконных конструкций самолетов для достижения бездефектных компонентов и ускорения предварительного формования по сравнению с традиционной технологией RTM.Поэтому Леонардо может заменять сложные металлические детали сетчатыми композитными деталями без дальнейшей обработки.Источник |СЕТМА, Леонардо.
Паппада отметил: «Это тоже старая технология, но если вы зайдете в Интернет, вы не сможете найти информацию об этой технологии».Мы снова используем аналитические модели для прогнозирования и оптимизации параметров процесса.С помощью этой технологии мы можем получить хорошее распределение смолы – без сухих участков и скоплений смолы – и почти нулевую пористость.Поскольку мы можем контролировать содержание волокон, мы можем добиться очень высоких структурных свойств, а эту технологию можно использовать для производства сложных форм.Мы используем те же материалы, которые соответствуют требованиям автоклавного отверждения, но используем метод OOA, но вы также можете решить использовать быстроотверждаемую смолу, чтобы сократить время цикла до нескольких минут.«
«Даже с нынешним препрегом мы сократили время отверждения», — сказал Корвалья.«Например, по сравнению с обычным циклом автоклавирования, составляющим 8–10 часов, для таких деталей, как оконные рамы, SQRTM можно использовать в течение 3–4 часов.Тепло и давление непосредственно воздействуют на детали, а нагревательная масса меньше.Кроме того, нагрев жидкой смолы в автоклаве происходит быстрее, чем воздуха, а качество деталей тоже превосходное, что особенно выгодно для сложных форм.Никаких доработок, практически полное отсутствие пустот и превосходное качество поверхности, поскольку под контролем находится инструмент, а не вакуумный мешок.
Леонардо использует различные технологии для инноваций.В связи с быстрым развитием технологий компания считает, что инвестиции в исследования и разработки с высоким уровнем риска (низкий TRL) необходимы для разработки новых технологий, необходимых для будущих продуктов, которые превосходят возможности поэтапного (краткосрочного) развития, которыми уже обладают существующие продукты. .Генеральный план исследований и разработок Леонардо до 2030 года сочетает в себе такое сочетание краткосрочных и долгосрочных стратегий, что представляет собой единое видение устойчивой и конкурентоспособной компании.
В рамках этого плана будет запущена Leonardo Labs, международная корпоративная сеть научно-исследовательских лабораторий, занимающаяся НИОКР и инновациями.К 2020 году компания будет стремиться открыть первые шесть лабораторий Леонардо в Милане, Турине, Генуе, Риме, Неаполе и Таранто и нанимает 68 исследователей (Leonardo Research Fellows) с навыками в следующих областях: 36 автономных интеллектуальных систем для позиции искусственного интеллекта, 15 позиций анализа больших данных, 6 позиций высокопроизводительных вычислений, 4 позиции электрификации авиационных платформ, 5 позиций материалов и конструкций и 2 позиции квантовых технологий.Лаборатория Леонардо сыграет роль инновационного поста и создателя технологий будущего Леонардо.
Стоит отметить, что технология Леонардо, коммерциализированная на самолетах, также может быть применена в его наземных и морских подразделениях.Следите за обновлениями о Леонардо и его потенциальном влиянии на композитные материалы.
Матрица связывает армированный волокном материал, придает композиционному компоненту форму и определяет качество его поверхности.Композитная матрица может быть полимерной, керамической, металлической или углеродной.Это руководство по выбору.
Для композитных материалов эти полые микроструктуры заменяют большой объем при небольшом весе и увеличивают объем обработки и качество продукции.
Время публикации: 9 февраля 2021 г.