Pemasok OEM dan Tier 1 Italia, Leonardo, berkolaborasi dengan departemen Litbang CETMA untuk mengembangkan material, mesin, dan proses komposit baru, termasuk pengelasan induksi untuk konsolidasi komposit termoplastik di lokasi.#Tren#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, pemimpin dalam produksi material komposit, memproduksi laras badan pesawat satu bagian untuk Boeing 787. Perusahaan ini bekerja sama dengan CETMA untuk mengembangkan teknologi baru termasuk pencetakan kompresi kontinu (CCM) dan SQRTM (bawah).Teknologi produksi.Sumber |Leonardo dan CETMA
Blog ini didasarkan pada wawancara saya dengan Stefano Corvaglia, insinyur material, direktur R&D dan manajer kekayaan intelektual departemen struktur pesawat Leonardo (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, fasilitas produksi Nola, Italia selatan), dan wawancara dengan Dr. Silvio Pappada, penelitian insinyur dan kepala.Proyek kerjasama antara CETMA (Brindisi, Italia) dan Leonardo.
Leonardo (Roma, Italia) adalah salah satu pemain utama dunia di bidang kedirgantaraan, pertahanan dan keamanan, dengan omset 13,8 miliar euro dan lebih dari 40.000 karyawan di seluruh dunia.Perusahaan ini menyediakan solusi komprehensif untuk udara, darat, laut, luar angkasa, jaringan dan keamanan, serta sistem tak berawak di seluruh dunia.Investasi penelitian dan pengembangan Leonardo berjumlah sekitar 1,5 miliar euro (11% dari pendapatan tahun 2019), menempati peringkat kedua di Eropa dan keempat di dunia dalam hal investasi penelitian di bidang kedirgantaraan dan pertahanan.
Leonardo Aerostructures memproduksi barel badan pesawat komposit satu bagian untuk bagian 44 dan 46 Boeing 787 Dreamliner.Sumber |Leonardo
Leonardo, melalui departemen struktur penerbangannya, menyediakan program pesawat sipil utama dunia dengan pembuatan dan perakitan komponen struktural besar dari bahan komposit dan tradisional, termasuk badan pesawat dan ekor.
Leonardo Aerostructures memproduksi stabilisator horizontal komposit untuk Boeing 787 Dreamliner.Sumber |Leonardo
Dalam hal material komposit, Divisi Struktur Dirgantara Leonardo memproduksi “barel satu bagian” untuk badan pesawat pusat Boeing 787 bagian 44 dan 46 di pabrik Grottaglie dan stabilisator horizontal di pabrik Foggia, yang mencakup sekitar 14% dari badan pesawat 787.%.Produksi produk struktur komposit lainnya mencakup pembuatan dan perakitan sayap belakang pesawat komersial ATR dan Airbus A220 di Pabrik Foggia.Foggia juga memproduksi komponen komposit untuk Boeing 767 dan program militer, termasuk Joint Strike Fighter F-35, pesawat tempur Eurofighter Typhoon, pesawat angkut militer C-27J, dan Falco Xplorer, anggota terbaru dari keluarga pesawat tak berawak Falco yang diproduksi. oleh Leonardo.
“Bersama CETMA, kami melakukan banyak kegiatan, seperti di bidang komposit termoplastik dan resin transfer moulding (RTM),” kata Corvaglia.“Tujuan kami adalah mempersiapkan kegiatan R&D untuk produksi dalam waktu sesingkat mungkin.Di departemen kami (R&D dan manajemen IP), kami juga mencari teknologi disruptif dengan TRL yang lebih rendah (tingkat kesiapan teknis, yakni TRL yang lebih rendah baru lahir dan semakin jauh dari produksi), namun kami berharap dapat lebih kompetitif dan memberikan bantuan kepada pelanggan di seluruh dunia. dunia."
Pappadà menambahkan: “Sejak upaya bersama kami, kami telah bekerja keras untuk mengurangi biaya dan dampak terhadap lingkungan.Kami telah menemukan bahwa komposit termoplastik (TPC) telah berkurang dibandingkan dengan bahan termoset.”
Corvaglia menunjukkan: “Kami mengembangkan teknologi ini bersama dengan tim Silvio dan membangun beberapa prototipe baterai otomatis untuk mengevaluasinya dalam produksi.”
“CCM adalah contoh bagus dari upaya bersama kita,” kata Pappadà.“Leonardo telah mengidentifikasi komponen tertentu yang terbuat dari material komposit termoset.Bersama-sama kami mengeksplorasi teknologi penyediaan komponen-komponen ini di TPC, dengan fokus pada tempat-tempat di mana terdapat banyak bagian di pesawat, seperti struktur penyambungan dan bentuk geometris sederhana.Tegak.”
Suku cadang diproduksi menggunakan lini produksi cetakan kompresi berkelanjutan CETMA.Sumber |“CETMA: Inovasi Penelitian dan Pengembangan Material Komposit Italia”
Ia melanjutkan: “Kita membutuhkan teknologi produksi baru dengan biaya rendah dan produktivitas tinggi.”Dia menunjukkan bahwa di masa lalu, sejumlah besar limbah dihasilkan selama pembuatan satu komponen TPC.“Jadi, kami memproduksi bentuk mesh berdasarkan teknologi pencetakan kompresi non-isotermal, namun kami melakukan beberapa inovasi (patent pending) untuk mengurangi limbah.Kami merancang unit yang sepenuhnya otomatis untuk ini, dan kemudian sebuah perusahaan Italia membangunnya untuk kami.“
Menurut Pappada, unit tersebut dapat memproduksi komponen yang dirancang oleh Leonardo, “satu komponen setiap 5 menit, bekerja 24 jam sehari.”Namun, timnya kemudian harus memikirkan cara menghasilkan preform tersebut.Ia menjelaskan: “Pada awalnya, kami memerlukan proses laminasi datar, karena hal ini merupakan hambatan pada saat itu.”“Jadi, proses kami dimulai dari blanko (laminasi datar), lalu dipanaskan dalam oven inframerah (IR)., Dan kemudian dimasukkan ke dalam mesin press untuk dibentuk.Laminasi datar biasanya diproduksi menggunakan pengepresan besar, yang memerlukan waktu siklus 4-5 jam.Kami memutuskan untuk mempelajari metode baru yang dapat menghasilkan laminasi datar lebih cepat.Oleh karena itu, di Leonardo Dengan dukungan para insinyur, kami mengembangkan lini produksi CCM dengan produktivitas tinggi di CETMA.Kami mengurangi waktu siklus 1m kali 1m bagian menjadi 15 menit.Yang penting ini adalah proses yang berkesinambungan, sehingga kami dapat memproduksi dengan durasi yang tidak terbatas.”
Kamera pencitraan termal inframerah (IRT) di jalur pembentukan gulungan progresif SPARE membantu CETMA memahami distribusi suhu selama proses produksi dan menghasilkan analisis 3D untuk memverifikasi model komputer selama proses pengembangan CCM.Sumber |“CETMA: Inovasi Penelitian dan Pengembangan Material Komposit Italia”
Namun, bagaimana produk baru ini dibandingkan dengan CCM yang telah digunakan Xperion (sekarang XELIS, Markdorf, Jerman) selama lebih dari sepuluh tahun?Pappadà berkata: “Kami telah mengembangkan model analitis dan numerik yang dapat memprediksi cacat seperti rongga.”“Kami telah bekerja sama dengan Leonardo dan Universitas Salento (Lecce, Italia) untuk memahami parameter dan dampaknya terhadap kualitas.Kami menggunakan model ini untuk mengembangkan CCM baru ini, di mana kami dapat memiliki ketebalan yang tinggi namun juga dapat mencapai kualitas yang tinggi.Dengan model ini, kami tidak hanya dapat mengoptimalkan suhu dan tekanan, namun juga mengoptimalkan metode penerapannya.Anda dapat mengembangkan banyak teknik untuk mendistribusikan suhu dan tekanan secara merata.Namun, kita perlu memahami dampak faktor-faktor ini terhadap sifat mekanik dan pertumbuhan cacat pada struktur komposit.”
Pappadà melanjutkan: “Teknologi kami lebih fleksibel.Demikian pula CCM yang dikembangkan 20 tahun lalu, namun belum ada informasi mengenai hal tersebut karena hanya sedikit perusahaan yang menggunakannya tidak berbagi pengetahuan dan keahlian.Oleh karena itu, kita harus memulai dari awal, hanya Berdasarkan pemahaman kita tentang material komposit dan pengolahannya.”
“Kami sekarang sedang menjalani rencana internal dan bekerja sama dengan pelanggan untuk menemukan komponen teknologi baru ini,” kata Corvaglia.“Bagian-bagian ini mungkin perlu didesain ulang dan dikualifikasi ulang sebelum produksi dapat dimulai.”Mengapa?“Tujuannya membuat pesawat seringan mungkin, namun dengan harga yang kompetitif.Oleh karena itu, ketebalannya juga harus kita optimalkan.Namun, kami mungkin menemukan bahwa satu bagian dapat mengurangi berat, atau mengidentifikasi beberapa bagian dengan bentuk serupa, sehingga dapat menghemat banyak biaya.”
Ia kembali menegaskan, hingga saat ini teknologi tersebut masih berada di tangan segelintir orang.“Tetapi kami telah mengembangkan teknologi alternatif untuk mengotomatisasi proses ini dengan menambahkan cetakan press yang lebih canggih.Kami memasang laminasi datar lalu mengeluarkan sebagiannya, siap digunakan.Kami sedang dalam proses mendesain ulang suku cadang dan mengembangkan suku cadang datar atau berprofil.Tahapan CCM.”
“Kami sekarang memiliki lini produksi CCM yang sangat fleksibel di CETMA,” kata Pappadà.“Di sini kita dapat menerapkan tekanan berbeda sesuai kebutuhan untuk mencapai bentuk yang kompleks.Lini produk yang akan kami kembangkan bersama Leonardo akan lebih fokus pada pemenuhan komponen spesifik yang dibutuhkan.Kami percaya bahwa garis CCM yang berbeda dapat digunakan untuk stringer datar dan berbentuk L daripada bentuk yang lebih rumit.Dengan cara ini, dibandingkan dengan mesin press besar yang saat ini digunakan untuk memproduksi suku cadang TPC geometris yang kompleks, kami dapat membuat biaya peralatan tetap rendah.”
CETMA menggunakan CCM untuk memproduksi stringer dan panel dari pita satu arah serat karbon/PEKK, dan kemudian menggunakan pengelasan induksi dari demonstrator bundel lunas ini untuk menghubungkannya dalam proyek Clean Sky 2 KEELBEMAN yang dikelola oleh EURECAT.Sumber|”Demonstran untuk pengelasan balok lunas termoplastik telah terwujud.”
“Pengelasan induksi sangat menarik untuk material komposit, karena suhu dapat diatur dan dikontrol dengan sangat baik, pemanasannya sangat cepat dan pengendaliannya sangat presisi,” kata Pappadà.“Bersama Leonardo, kami mengembangkan pengelasan induksi untuk menyambung komponen TPC.Tapi sekarang kami mempertimbangkan penggunaan pengelasan induksi untuk konsolidasi in-situ (ISC) pita TPC.Untuk tujuan ini, kami telah mengembangkan pita serat karbon baru, yang dapat dipanaskan dengan sangat cepat melalui pengelasan induksi menggunakan mesin khusus.Pita perekat tersebut menggunakan bahan dasar yang sama dengan pita perekat komersial, namun memiliki arsitektur berbeda untuk meningkatkan pemanasan elektromagnetik.Sambil mengoptimalkan sifat mekanik, kami juga mempertimbangkan proses untuk mencoba memenuhi persyaratan yang berbeda, seperti cara menanganinya secara hemat biaya dan efisien melalui otomatisasi.”
Dia menunjukkan bahwa sulit untuk mencapai ISC dengan pita TPC dengan produktivitas yang baik.“Untuk menggunakannya dalam produksi industri, Anda harus memanaskan dan mendinginkan lebih cepat serta memberikan tekanan dengan cara yang sangat terkontrol.Oleh karena itu, kami memutuskan untuk menggunakan pengelasan induksi untuk memanaskan hanya area kecil di mana material dikonsolidasi, dan sisanya Laminasi tetap dingin.”Pappada mengatakan bahwa TRL untuk pengelasan induksi yang digunakan untuk perakitan lebih tinggi.“
Integrasi di lokasi menggunakan pemanas induksi tampaknya sangat mengganggu-saat ini, tidak ada pemasok OEM atau tingkat lain yang melakukan hal ini secara publik.“Ya, ini mungkin merupakan teknologi yang mengganggu,” kata Corvaglia.“Kami sudah mengajukan paten untuk mesin dan materialnya.Tujuan kami adalah produk yang sebanding dengan material komposit termoset.Banyak orang mencoba menggunakan TPC untuk AFP (Automatic Fiber Placement), namun langkah kedua harus digabungkan.Dari segi geometri, ini merupakan batasan besar dalam hal biaya, waktu siklus, dan ukuran komponen.Faktanya, kami mungkin mengubah cara kami memproduksi suku cadang dirgantara.”
Selain termoplastik, Leonardo terus meneliti teknologi RTM.“Ini adalah area lain di mana kami bekerja sama dengan CETMA, dan pengembangan baru berdasarkan teknologi lama (dalam hal ini SQRTM) telah dipatenkan.Cetakan transfer resin berkualitas awalnya dikembangkan oleh Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, USA) (SQRTM).Corvaglia mengatakan: “Penting untuk memiliki metode autoclave (OOA) yang memungkinkan kita menggunakan bahan yang sudah berkualitas.“Hal ini juga memungkinkan kami untuk menggunakan prepreg dengan karakteristik dan kualitas yang terkenal.Kami telah menggunakan teknologi ini untuk merancang, mendemonstrasikan, dan mengajukan paten untuk kusen jendela pesawat.“
Meskipun ada COVID-19, CETMA masih memproses program Leonardo, di sini ditunjukkan penggunaan SQRTM untuk membuat struktur jendela pesawat guna mencapai komponen bebas cacat dan mempercepat pra-pembentukan dibandingkan dengan teknologi RTM tradisional.Oleh karena itu, Leonardo dapat mengganti bagian logam kompleks dengan bagian komposit mesh tanpa proses lebih lanjut.Sumber |CETMA, Leonardo.
Pappadà menekankan: “Ini juga merupakan teknologi yang lebih tua, tetapi jika Anda online, Anda tidak dapat menemukan informasi tentang teknologi ini.”Sekali lagi, kami menggunakan model analitik untuk memprediksi dan mengoptimalkan parameter proses.Dengan teknologi ini, kita dapat memperoleh distribusi resin yang baik-tidak ada daerah kering atau akumulasi resin-dan porositas hampir nol.Karena kami dapat mengontrol kandungan serat, kami dapat menghasilkan sifat struktur yang sangat tinggi, dan teknologi tersebut dapat digunakan untuk menghasilkan bentuk yang kompleks.Kami menggunakan bahan yang sama yang memenuhi persyaratan pengawetan autoklaf, namun menggunakan metode OOA, namun Anda juga dapat memutuskan untuk menggunakan resin pengawet cepat untuk mempersingkat waktu siklus menjadi beberapa menit.“
“Bahkan dengan prepreg yang ada saat ini, kami telah mengurangi waktu pengawetan,” kata Corvaglia.“Misalnya dibandingkan siklus autoklaf normal yang 8-10 jam, untuk bagian seperti kusen jendela, SQRTM bisa digunakan selama 3-4 jam.Panas dan tekanan diterapkan langsung ke bagian-bagiannya, dan massa pemanasnya lebih sedikit.Selain itu, pemanasan resin cair dalam autoklaf lebih cepat daripada udara, dan kualitas komponennya juga sangat baik, yang sangat bermanfaat untuk bentuk yang rumit.Tidak ada pengerjaan ulang, hampir tidak ada rongga dan kualitas permukaan sangat baik, karena alat ada di Kontrol, bukan kantong vakum.
Leonardo menggunakan berbagai teknologi untuk berinovasi.Karena pesatnya perkembangan teknologi, perusahaan percaya bahwa investasi dalam penelitian dan pengembangan yang berisiko tinggi (TRL rendah) sangat penting untuk pengembangan teknologi baru yang diperlukan untuk produk masa depan, yang melebihi kemampuan pengembangan tambahan (jangka pendek) yang sudah dimiliki oleh produk yang sudah ada. .Rencana induk R&D Leonardo tahun 2030 menggabungkan kombinasi strategi jangka pendek dan jangka panjang, yang merupakan visi terpadu untuk perusahaan yang berkelanjutan dan kompetitif.
Sebagai bagian dari rencana ini, perusahaan akan meluncurkan Leonardo Labs, jaringan laboratorium penelitian dan pengembangan korporat internasional yang didedikasikan untuk penelitian dan pengembangan dan inovasi.Pada tahun 2020, perusahaan akan berupaya untuk membuka enam laboratorium Leonardo pertama di Milan, Turin, Genoa, Roma, Naples dan Taranto, dan merekrut 68 peneliti (Leonardo Research Fellows) dengan keterampilan di bidang berikut): 36 sistem cerdas otonom untuk posisi kecerdasan buatan, 15 analisis data besar, 6 komputasi kinerja tinggi, 4 elektrifikasi platform penerbangan, 5 material dan struktur, dan 2 teknologi kuantum.Laboratorium Leonardo akan berperan sebagai pos inovasi dan pencipta teknologi masa depan Leonardo.
Perlu dicatat bahwa teknologi Leonardo yang dikomersialkan pada pesawat terbang juga dapat diterapkan di departemen darat dan lautnya.Nantikan pembaruan lebih lanjut tentang Leonardo dan potensi dampaknya terhadap material komposit.
Matriks mengikat material yang diperkuat serat, memberikan bentuk pada komponen komposit, dan menentukan kualitas permukaannya.Matriks komposit dapat berupa polimer, keramik, logam atau karbon.Ini adalah panduan seleksi.
Untuk aplikasi komposit, struktur mikro berongga ini menggantikan banyak volume dengan bobot rendah, dan meningkatkan volume pemrosesan dan kualitas produk.
Waktu posting: 09 Februari 2021