Nhà cung cấp OEM và Cấp 1 của Ý, Leonardo đã hợp tác với bộ phận R&D của CETMA để phát triển vật liệu, máy móc và quy trình composite mới, bao gồm cả hàn cảm ứng để gia cố tại chỗ các vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo.#Xu hướng#bầu trời sạch#f-35
Leonardo Aerostructures, công ty đi đầu trong lĩnh vực sản xuất vật liệu composite, sản xuất thùng thân máy bay nguyên khối cho Boeing 787. Họ đang hợp tác với CETMA để phát triển các công nghệ mới bao gồm đúc nén liên tục (CCM) và SQRTM (phía dưới).Kỹ thuật sản xuất.Nguồn |Leonardo và CETMA
Blog này dựa trên cuộc phỏng vấn của tôi với Stefano Corvaglia, kỹ sư vật liệu, giám đốc R&D và giám đốc sở hữu trí tuệ của bộ phận kết cấu máy bay của Leonardo (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, cơ sở sản xuất Nola, miền nam nước Ý) và cuộc phỏng vấn với Tiến sĩ Silvio Pappadà, nghiên cứu kỹ sư và người đứng đầu.Dự án hợp tác giữa CETMA (Brindisi, Italy) và Leonardo.
Leonardo (Rome, Ý) là một trong những công ty lớn trên thế giới trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, quốc phòng và an ninh, với doanh thu 13,8 tỷ euro và hơn 40.000 nhân viên trên toàn thế giới.Công ty cung cấp các giải pháp toàn diện về hàng không, đất liền, biển, không gian, mạng và an ninh cũng như các hệ thống không người lái trên toàn thế giới.Khoản đầu tư vào R&D của Leonardo xấp xỉ 1,5 tỷ euro (11% doanh thu năm 2019), đứng thứ hai ở châu Âu và thứ tư trên thế giới về đầu tư nghiên cứu trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và quốc phòng.
Leonardo Aerostructures sản xuất thùng thân máy bay composite nguyên khối cho các bộ phận 44 và 46 của Boeing 787 Dreamliner.Nguồn |Leonardo
Leonardo, thông qua bộ phận kết cấu hàng không, cung cấp cho các chương trình máy bay dân dụng lớn trên thế giới việc sản xuất và lắp ráp các bộ phận kết cấu lớn bằng vật liệu composite và truyền thống, bao gồm thân máy bay và đuôi.
Leonardo Aerostructures sản xuất bộ ổn định ngang bằng composite cho máy bay Boeing 787 Dreamliner.Nguồn |Leonardo
Về vật liệu composite, Bộ phận Cấu trúc Hàng không Vũ trụ của Leonardo sản xuất “thùng nguyên khối” cho thân máy bay trung tâm Boeing 787 phần 44 và 46 tại nhà máy Grottaglie và bộ ổn định ngang tại nhà máy Foggia, chiếm khoảng 14% thân máy bay 787.%.Việc sản xuất các sản phẩm kết cấu composite khác bao gồm sản xuất và lắp ráp cánh sau của máy bay thương mại ATR và Airbus A220 tại Nhà máy Foggia.Foggia cũng sản xuất các bộ phận tổng hợp cho Boeing 767 và các chương trình quân sự, bao gồm Joint Strike Fighter F-35, máy bay chiến đấu Eurofighter Typhoon, máy bay vận tải quân sự C-27J và Falco Xplorer, thành viên mới nhất của dòng máy bay không người lái Falco được sản xuất. của Leonardo.
Corvaglia cho biết: “Cùng với CETMA, chúng tôi đang thực hiện nhiều hoạt động, chẳng hạn như trong vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo và đúc chuyển nhựa (RTM).“Mục tiêu của chúng tôi là chuẩn bị các hoạt động R&D cho sản xuất trong thời gian ngắn nhất.Trong bộ phận của chúng tôi (quản lý R&D và IP), chúng tôi cũng tìm kiếm các công nghệ đột phá có TRL thấp hơn (mức độ sẵn sàng về mặt kỹ thuật-tức là TRL thấp hơn mới ra đời và đã xa quá trình sản xuất), nhưng chúng tôi hy vọng sẽ có tính cạnh tranh hơn và cung cấp trợ giúp cho khách hàng trên toàn thế giới. thế giới."
Pappadà nói thêm: “Kể từ những nỗ lực chung của chúng tôi, chúng tôi đã làm việc chăm chỉ để giảm chi phí và tác động đến môi trường.Chúng tôi nhận thấy rằng vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo (TPC) đã được giảm thiểu so với vật liệu nhiệt rắn.”
Corvaglia chỉ ra: “Chúng tôi đã phát triển những công nghệ này cùng với nhóm của Silvio và chế tạo một số nguyên mẫu pin tự động để đánh giá chúng trong quá trình sản xuất”.
Pappadà nói: “CCM là một ví dụ tuyệt vời về những nỗ lực chung của chúng tôi.“Leonardo đã xác định được một số thành phần được làm từ vật liệu composite nhiệt rắn.Chúng tôi cùng nhau khám phá công nghệ cung cấp các thành phần này trong TPC, tập trung vào những nơi có số lượng lớn các bộ phận trên máy bay, chẳng hạn như cấu trúc nối và các hình dạng hình học đơn giản.Thẳng thắn.”
Các bộ phận được sản xuất bằng dây chuyền sản xuất khuôn nén liên tục của CETMA.Nguồn |“CETMA: Đổi mới R&D vật liệu composite của Ý”
Ông nói tiếp: “Chúng tôi cần một công nghệ sản xuất mới với chi phí thấp và năng suất cao.”Ông chỉ ra rằng trước đây, một lượng lớn chất thải đã được tạo ra trong quá trình sản xuất một bộ phận TPC.“Vì vậy, chúng tôi đã sản xuất dạng lưới dựa trên công nghệ đúc nén không đẳng nhiệt, nhưng chúng tôi đã thực hiện một số cải tiến (đang chờ cấp bằng sáng chế) để giảm lãng phí.Chúng tôi đã thiết kế một bộ phận hoàn toàn tự động cho việc này và sau đó một công ty Ý đã chế tạo nó cho chúng tôi.“
Theo Pappadà, đơn vị này có thể sản xuất các bộ phận do Leonardo thiết kế, “cứ 5 phút lại có một bộ phận, hoạt động 24 giờ một ngày”.Tuy nhiên, nhóm của ông sau đó phải tìm ra cách sản xuất phôi.Ông giải thích: “Ban đầu, chúng tôi cần một quy trình cán phẳng vì đây là điểm nghẽn vào thời điểm đó”.“Vì vậy, quy trình của chúng tôi bắt đầu với một tấm trống (laminate phẳng), sau đó nung nóng nó trong lò hồng ngoại (IR)., Sau đó đưa vào máy ép để tạo hình.Các tấm cán phẳng thường được sản xuất bằng máy ép lớn, cần thời gian chu kỳ 4-5 giờ.Chúng tôi quyết định nghiên cứu một phương pháp mới có thể tạo ra các tấm phẳng phẳng nhanh hơn.Do đó, ở Leonardo Với sự hỗ trợ của các kỹ sư, chúng tôi đã phát triển dây chuyền sản xuất CCM năng suất cao ở CETMA.Chúng tôi đã giảm thời gian chu kỳ từ 1m x 1m chi tiết xuống còn 15 phút.Điều quan trọng là đây là một quá trình liên tục nên chúng tôi có thể tạo ra độ dài không giới hạn.”
Camera chụp ảnh nhiệt hồng ngoại (IRT) trong dây chuyền tạo hình cuộn liên tục SPARE giúp CETMA hiểu được sự phân bổ nhiệt độ trong quá trình sản xuất và tạo ra phân tích 3D để xác minh mô hình máy tính trong quá trình phát triển CCM.Nguồn |“CETMA: Đổi mới R&D vật liệu composite của Ý”
Tuy nhiên, làm thế nào để so sánh sản phẩm mới này với CCM mà Xperion (nay là XELIS, Markdorf, Đức) đã sử dụng hơn chục năm qua?Pappadà cho biết: “Chúng tôi đã phát triển các mô hình phân tích và số học có thể dự đoán các khuyết tật như khoảng trống”.“Chúng tôi đã hợp tác với Leonardo và Đại học Salento (Lecce, Ý) để hiểu các thông số và tác động của chúng đến chất lượng.Chúng tôi sử dụng những mô hình này để phát triển CCM mới này, nơi chúng tôi có thể có độ dày cao nhưng cũng có thể đạt được chất lượng cao.Với những mô hình này, chúng ta không chỉ có thể tối ưu hóa nhiệt độ và áp suất mà còn tối ưu hóa phương pháp Ứng dụng của chúng.Bạn có thể phát triển nhiều kỹ thuật để phân bổ đều nhiệt độ và áp suất.Tuy nhiên, chúng ta cần hiểu tác động của những yếu tố này đến tính chất cơ học và sự phát triển khuyết tật của cấu trúc composite.”
Pappadà nói tiếp: “Công nghệ của chúng tôi linh hoạt hơn.Tương tự, CCM được phát triển cách đây 20 năm nhưng không có thông tin gì về nó vì số ít công ty sử dụng nó không chia sẻ kiến thức, chuyên môn.Vì vậy, chúng ta phải bắt đầu lại từ đầu, chỉ dựa trên sự hiểu biết của chúng ta về vật liệu composite và quá trình xử lý ”.
Corvaglia cho biết: “Chúng tôi hiện đang thực hiện các kế hoạch nội bộ và làm việc với khách hàng để tìm ra các thành phần của những công nghệ mới này”.“Những bộ phận này có thể cần phải được thiết kế lại và đánh giá lại trước khi bắt đầu sản xuất.”Tại sao?“Mục tiêu là làm cho máy bay nhẹ nhất có thể nhưng ở mức giá cạnh tranh.Vì vậy, chúng ta cũng phải tối ưu hóa độ dày.Tuy nhiên, chúng tôi có thể thấy rằng một bộ phận có thể giảm trọng lượng hoặc xác định nhiều bộ phận có hình dạng tương tự nhau, điều này có thể tiết kiệm rất nhiều chi phí.”
Ông nhắc lại rằng cho đến nay, công nghệ này đã nằm trong tay một số ít người.“Nhưng chúng tôi đã phát triển các công nghệ thay thế để tự động hóa các quy trình này bằng cách bổ sung thêm các khuôn ép tiên tiến hơn.Chúng tôi đặt một tấm laminate phẳng vào và sau đó lấy ra một phần của nó, sẵn sàng để sử dụng.Chúng tôi đang trong quá trình thiết kế lại các bộ phận và phát triển các bộ phận phẳng hoặc định hình.Giai đoạn của CCM.”
Pappadà cho biết: “Hiện chúng tôi có dây chuyền sản xuất CCM rất linh hoạt tại CETMA.“Ở đây chúng tôi có thể áp dụng các áp lực khác nhau nếu cần để đạt được các hình dạng phức tạp.Dòng sản phẩm mà chúng tôi sẽ phát triển cùng với Leonardo sẽ tập trung hơn vào việc đáp ứng các thành phần Bắt buộc cụ thể của nó.Chúng tôi tin rằng các dòng CCM khác nhau có thể được sử dụng cho các thanh dọc phẳng và hình chữ L thay vì các hình dạng phức tạp hơn.Bằng cách này, so với các máy ép lớn hiện đang được sử dụng để sản xuất các bộ phận TPC hình học phức tạp, chúng tôi có thể khiến chi phí thiết bị ở mức thấp.”
CETMA sử dụng CCM để sản xuất các thanh giằng và tấm từ băng một chiều sợi carbon/PEKK, sau đó sử dụng phương pháp hàn cảm ứng của bó keel này để kết nối chúng trong dự án Clean Sky 2 KEELBEMAN do EURECAT quản lý.Nguồn|”Mô hình trình diễn hàn dầm sống bằng nhựa nhiệt dẻo đã được thực hiện.”
Pappadà cho biết: “Hàn cảm ứng rất thú vị đối với vật liệu composite, vì nhiệt độ có thể được điều chỉnh và kiểm soát rất tốt, gia nhiệt rất nhanh và điều khiển rất chính xác”.“Cùng với Leonardo, chúng tôi đã phát triển phương pháp hàn cảm ứng để nối các thành phần TPC.Nhưng bây giờ chúng tôi đang xem xét sử dụng phương pháp hàn cảm ứng để cố kết tại chỗ (ISC) của băng TPC.Để đạt được mục đích này, chúng tôi đã phát triển một loại băng sợi carbon mới. Nó có thể được làm nóng rất nhanh bằng cách hàn cảm ứng bằng một máy đặc biệt.Băng sử dụng cùng chất liệu cơ bản như băng thương mại nhưng có cấu trúc khác để cải thiện khả năng gia nhiệt điện từ.Trong khi tối ưu hóa các đặc tính cơ học, chúng tôi cũng đang xem xét quy trình nhằm cố gắng đáp ứng các yêu cầu khác nhau, chẳng hạn như cách xử lý chúng một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí thông qua tự động hóa.”
Ông chỉ ra rằng rất khó đạt được ISC bằng băng TPC với năng suất tốt.“Để sử dụng nó cho sản xuất công nghiệp, bạn phải làm nóng và làm mát nhanh hơn cũng như tạo áp suất một cách có kiểm soát.Do đó, chúng tôi quyết định sử dụng hàn cảm ứng để chỉ làm nóng một khu vực nhỏ nơi vật liệu được đông cứng và phần còn lại được giữ lạnh.”Pappadà nói rằng TRL cho hàn cảm ứng dùng để lắp ráp cao hơn.“
Việc tích hợp tại chỗ bằng cách sử dụng hệ thống sưởi cảm ứng có vẻ cực kỳ đột phá - hiện tại, không có nhà cung cấp OEM hoặc cấp nào khác thực hiện việc này một cách công khai.“Đúng, đây có thể là công nghệ đột phá,” Corvaglia nói.“Chúng tôi đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho máy móc và vật liệu.Mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một sản phẩm có thể so sánh được với vật liệu composite nhiệt rắn.Nhiều người cố gắng sử dụng TPC cho AFP (Automatic Fiber Placement), nhưng bước thứ hai phải được kết hợp.Về mặt hình học, đây là một hạn chế lớn về chi phí, thời gian chu kỳ và kích thước bộ phận.Trên thực tế, chúng tôi có thể thay đổi cách sản xuất các bộ phận hàng không vũ trụ.”
Ngoài nhựa nhiệt dẻo, Leonardo tiếp tục nghiên cứu công nghệ RTM.“Đây là một lĩnh vực khác mà chúng tôi đang hợp tác với CETMA và những phát triển mới dựa trên công nghệ cũ (trong trường hợp này là SQRTM) đã được cấp bằng sáng chế.Đúc chuyển nhựa đủ tiêu chuẩn ban đầu được phát triển bởi Radius Engineering (Thành phố Salt Lake, Utah, Hoa Kỳ) (SQRTM).Corvaglia cho biết: “Điều quan trọng là phải có phương pháp hấp tiệt trùng (OOA) cho phép chúng tôi sử dụng những nguyên liệu đã đạt tiêu chuẩn.“Điều này cũng cho phép chúng tôi sử dụng prereg với những đặc điểm và chất lượng nổi tiếng.Chúng tôi đã sử dụng công nghệ này để thiết kế, trình diễn và xin cấp bằng sáng chế cho khung cửa sổ máy bay.“
Bất chấp COVID-19, CETMA vẫn đang xử lý chương trình Leonardo, ở đây cho thấy việc sử dụng SQRTM để chế tạo các cấu trúc cửa sổ máy bay nhằm đạt được các bộ phận không có khuyết tật và tăng tốc độ tạo hình trước so với công nghệ RTM truyền thống.Do đó, Leonardo có thể thay thế các bộ phận kim loại phức tạp bằng các bộ phận hỗn hợp dạng lưới mà không cần xử lý thêm.Nguồn |CETMA, Leonardo.
Pappadà chỉ ra: “Đây cũng là công nghệ cũ, nhưng nếu lên mạng, bạn không thể tìm thấy thông tin về công nghệ này”.Một lần nữa, chúng tôi đang sử dụng các mô hình phân tích để dự đoán và tối ưu hóa các thông số của quy trình.Với công nghệ này, chúng tôi có thể thu được sự phân bố nhựa tốt - không có vùng khô hoặc tích tụ nhựa - và độ xốp gần như bằng không.Bởi vì chúng tôi có thể kiểm soát hàm lượng sợi nên chúng tôi có thể tạo ra các đặc tính cấu trúc rất cao và công nghệ này có thể được sử dụng để tạo ra các hình dạng phức tạp.Chúng tôi sử dụng cùng những vật liệu đáp ứng yêu cầu xử lý bằng nồi hấp, nhưng sử dụng phương pháp OOA, nhưng bạn cũng có thể quyết định sử dụng nhựa xử lý nhanh để rút ngắn thời gian chu kỳ xuống còn vài phút.“
Corvaglia cho biết: “Ngay cả với prereg hiện tại, chúng tôi đã giảm được thời gian xử lý.“Ví dụ, so với chu trình hấp tiệt trùng thông thường là 8-10 giờ, đối với các bộ phận như khung cửa sổ, SQRTM có thể sử dụng được trong 3-4 giờ.Nhiệt và áp suất được tác động trực tiếp lên các bộ phận và khối lượng gia nhiệt ít hơn.Ngoài ra, quá trình làm nóng nhựa lỏng trong nồi hấp nhanh hơn không khí và chất lượng của các bộ phận cũng rất tuyệt vời, điều này đặc biệt có lợi cho các hình dạng phức tạp.Không cần làm lại, gần như không có khoảng trống và chất lượng bề mặt tuyệt vời vì dụng cụ nằm trong Bộ điều khiển chứ không phải túi chân không.
Leonardo đang sử dụng nhiều công nghệ khác nhau để đổi mới.Do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, họ tin rằng đầu tư vào R&D có rủi ro cao (TRL thấp) là cần thiết để phát triển các công nghệ mới cần thiết cho các sản phẩm trong tương lai, vượt xa khả năng phát triển gia tăng (ngắn hạn) mà các sản phẩm hiện có đã có. .Kế hoạch tổng thể R&D năm 2030 của Leonardo kết hợp các chiến lược ngắn hạn và dài hạn như vậy, tạo nên tầm nhìn thống nhất cho một công ty bền vững và cạnh tranh.
Là một phần của kế hoạch này, nó sẽ ra mắt Leonardo Labs, một mạng lưới phòng thí nghiệm R&D của công ty quốc tế dành riêng cho R&D và đổi mới.Đến năm 2020, công ty sẽ tìm cách mở sáu phòng thí nghiệm Leonardo đầu tiên ở Milan, Turin, Genoa, Rome, Naples và Taranto, đồng thời đang tuyển dụng 68 nhà nghiên cứu (Leonardo Research Fellows) có kỹ năng trong các lĩnh vực sau): 36 hệ thống thông minh tự động cho vị trí trí tuệ nhân tạo, 15 vị trí phân tích dữ liệu lớn, 6 vị trí điện toán hiệu năng cao, 4 vị trí điện khí hóa nền tảng hàng không, 5 vị trí vật liệu và cấu trúc cũng như 2 công nghệ lượng tử.Phòng thí nghiệm Leonardo sẽ đóng vai trò là trụ sở đổi mới và là người tạo ra công nghệ tương lai của Leonardo.
Điều đáng chú ý là công nghệ được thương mại hóa trên máy bay của Leonardo cũng có thể được áp dụng ở các bộ phận trên bộ và trên biển của nó.Hãy theo dõi để biết thêm thông tin cập nhật về Leonardo và tác động tiềm tàng của nó đối với vật liệu composite.
Ma trận liên kết vật liệu được gia cố bằng sợi, tạo hình dạng cho thành phần composite và xác định chất lượng bề mặt của nó.Nền tổng hợp có thể là polyme, gốm, kim loại hoặc cacbon.Đây là một hướng dẫn lựa chọn.
Đối với các ứng dụng tổng hợp, các cấu trúc vi mô rỗng này thay thế rất nhiều khối lượng với trọng lượng thấp, đồng thời tăng khối lượng xử lý và chất lượng sản phẩm.
Thời gian đăng: Feb-09-2021