矢量复合增强织物
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ZAero项目更新

2019年的最终审查展示了自动CFRP工艺链的集成:AFP在线检测和返工、固化和树脂流量传感器、部件性能预测和为生产线操作员提供的决策支持工具。
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Zaero Project AFP内联检查缺陷检测

源| Profactor

这是2020年7月那篇文章的在线侧边栏,”复合材料4.0:数字化转型,适应性生产,新范式”。

ZAero项目始于2016年,旨在改善大型碳纤维增强聚合物(CFRP)部件的生产工艺,如商用飞机的机翼皮(见“零缺陷制造复合材料零件”)。ZAero项目获得了2019年JEC航空工艺创新奖。

现有技术

CFRP生产的现状
ZAero解决方案更高效的CFRP生产在线检测

源|2018的188金宝搏beat博客, Profactor

项目伙伴和目标介绍在一个2018的188金宝搏beat博客。主要的重点是通过集成干燥材料自动放置纤维(AFP)过程中的检测和树脂灌注过程中的过程监测来减少CFRP零件的缺陷。然后将收集到的工艺和缺陷数据与FEA一起用于预测零件性能,并将结果输入决策支持工具,以模拟零件流程和优化返工策略。目标包括提高15%的生产率,降低15-20%的生产成本,以及由于过程控制和早期返工而减少50%的浪费。

这个博客的来源包括:188金宝搏beat

  • “Zaero-零缺陷在航空航天行业的复合材料零件制造中,”由境罗德里格斯1, j·昆卡1, r·鲁伊斯1, a Calero11FIDAMC(赫塔菲、西班牙)。Materiales Compuestos.,卷。2,第2(2018)第128-131页。
  • ZAero项目海报
  • “在航空航天工业的复合材料零缺陷制造中使用商业分析来支持决策,”Helmut Zörrer, Robert Steringer, sebastian Zambal, Christian Eitzinger。Profactor(奥地利斯太尔)。IFAC论文在线, Vol. 52, Issue 13 (2019) pp. 1461-1466。
  • “交付品D5.3 -演示#3和评估报告”与空客集团创新(AGI)、Danobat、达索系统、FIDAMC、IDEKO、InFactory解决方案和MTorres合作。
  • ZAero评审会议2019年9月:
    过程质量控制作者:Sebastian Zambal (Profactor), Christopher Buchmann (AGI/InFactory Solutions)和Alberto Mendikute (IDEKO)
    WP3缺陷处理和决策支持作者:迈克尔·克拉克(达索Systèmes)和米格尔·桑切斯(MTorres)
    WP4零件流量决策支持Helmut Zörrer (Profactor)。

材料

MTorres干纤维放置DFP layup和UD磁带

DFP演示与MTorres干纤维UD磁带。Source |“ZAero-航空航天工业中复合材料零件制造中的零缺陷”,由Rodriguez等人(FIDAMC)撰写,“交付品D5.3 -演示#3和评估报告”由Profactor撰写。

Danobat的自动干燥材料放置ADMP铺层

在Danobat使用600毫米宽NCF的仲裁。源|罗德里格斯等“Zaero-零缺陷......”。al。(FIDAMC)和过程质量控制作者:Sebastian Zambal (Profactor), Christopher Buchmann (Airbus Operations/InFactory Solutions)和Alberto Mendikute (IDEKO)

ZAero使用了两种不同的干纤维充填技术:Danobat的(Elgoibar,西班牙)自动干燥材料放置(ADMP)和毫托”(Torres de Elorz,纳瓦拉,西班牙)干法新社
(DFP)。

ADMP铺层使用了600毫米宽的干碳纤维多轴无卷曲织物(NCF),而DFP使用了MTorres公司生产的12.7毫米宽的单向(UD)干胶带。综述了这种新型干纤维胶带技术连续波由Iñigo Idareta, MTorres特别项目负责人主持的2019年碳纤维大会。

与ADMP的合作是在Danobat设施进行的,而DFP的演示和检查评估是在FIDAMC(西班牙Getafe)完成的,FIDAMC是ZAero项目的主要合作伙伴。

示威者

2017年的第一个演示在平面CFRP皮肤面板上测试了汇总监测。演示2是1700毫米的1700毫米双弯曲板,在一个角落中,在一个角落中,用于测试2018年的铺设检查和治愈监测。上篮监测焦点从主要副本转移到DFP的前两个示威者。第三和最后的演示。

ZAero项目演示

CAD模型的ZAero项目演示3。
Source | Deliverable D5.3 -演示#3和评估报告Eitzinger (Profactor)

FIDAMC的最终项目审查包括一个1500毫米× 1500毫米的双弯曲演示机,它基于空客A350下翼皮的一部分,带有三个集成的T弦。一根纵梁包含一个交错(锥度),另一根包含一个跳动(在末端将负载过渡到蒙皮的区域)。面板还保留了角加固从演示2。

演示3使用DFP和一个多拖头应用8个12.7毫米宽的拖缆创建。铺设头上的专用激光器将材料加热到170°C以上,以实现足够的粘接和粘合层。

铺层传感器和缺陷检测

“Zaero项目已开发并展示了ADMP和Prepreg AFP / DFP流程的内联传感器系统,”机器愿景负责人Christian Eitzinger博士说PROFACTOR.(斯太尔,奥地利)和项目协调员。两种不同的非接触式传感器被开发用于铺设过程中的在线缺陷检测。一种带有5个摄像头的光学立体传感器(FScan)采用碳纤维反射模型来测量光纤的方向。它只与ADMP一起使用。在ADMP和DFP过程中,使用带有三个摄像头的激光轮廓仪/三角测量传感器(LScan)获取三维轮廓。

Zaero Project Slayup Inspection Lscan FSCan

Source | Profactor,“使用业务分析…作者:Zörrer (Profactor)和ZAero。

FSCAN传感器与Danobat开发。“我们需要他们的输入,了解其副机所需的质量标准,并通过传感器的数据采集将其紧密的运动控制密封,”Eitzinger解释说。“LSCAN传感器基于与MTORRES相同类型的技术,因为MTORRES有资格的接近[见2018的188金宝搏beat博客,但在ZAero项目中做了一些修改。它还可以检测其他标准的AFP缺陷,如重叠、FOD(异物碎片)、毛球和扭曲的拖缆,以及每个单独的拖缆的早期切割和后期切割,以确定设计的切割是否确实在正确的位置。”

两个传感器的大数据量通过边缘计算聚合,并结合来识别特征,以及它们的大小和位置。总体检查结果被写入制造数据库(MDB),其中还包含零件的cad模型。在下一个过程步骤中,对铺层上的所有特征进行结构模拟(有限元模拟)。MDB和结构模拟一起可以作为层的数字孪生的支持。

Zaero Project FSCAN缺陷检测结果
Zaero Project Lscan缺陷检测结果

FScan(上)和LScan(底部)缺陷检测的结果。源| Profactor

缺陷评估和返工

通过边缘计算将来自这些传感器的大量数据聚合起来,并将其组合起来,以识别每层的特征以及它们的大小和位置。总体检查结果写入制造数据库(MDB),其中也包含零件的CAD模型。

“我们使用达索系统公司的CATIA环境的3D体验建立了这个数据库,”艾奇格说。“它允许我们计算各种缺陷对部件性能的影响,例如,对于给定的尺寸、形状和类型的缺陷,安全裕度会减少多少。”

接下来,对铺层上的所有特征进行有限元结构模拟。MDB和结构模拟一起可以作为层的数字孪生的支持。这就为机器操作员提供了信息,以决定哪些缺陷可以留下,哪些必须返工。

“我们还与MTorres实施了能力重新制作,”艾钦格指出。“例如,一个丢失的拖车现在可以通过在丢失的精确位置放置一个额外的拖车来自动替换。”

所有这些缺陷都可以自动纠正吗?“有些人需要机器停止,例如,去除模糊球或扭转的拖曳,”他解释道。“继续进行,需要一些机器智能。您必须告诉机器需要更换#27,并且机器必须学会仅在进行下一层之前仅替换单个牵引,而不是整个图层。“

输液传感器

一旦铺层和AFP过程中必要的返工完成,干纤维层压板就准备好了,用RTM6环氧树脂(Hexcel,斯坦福德,康涅狄格州。美国)。将不同的传感器集成到真空袋状输液设置中以监测树脂温度,流动前方和固化程度。使用典型的RTM6固化循环,树脂在储存器中加热至90℃并在真空下脱气30分钟。一旦将部件工具加热至120℃,注射单元用于将树脂注入干燥层压板,然后在180℃下固化90分钟。

E-TDR传感器用于树脂流动前端和固化

源|agi.

树脂流动前台和固化程度监测使用基于电时域反射测量的传感器(参见“用于监测树脂输注流动前线和固化的传感器“)。

温度监控,一种新颖的薄膜薄膜阵列提供了14个单独传感器位置的测量。每个传感器条纹折叠,其中一部分插入层压板下方,金属工具上方,两部分插入纵梁层压板上方。通过各种测试和演示,这些传感器阵列被验证能够提供精确的、在线的温度分布监测和小的温度偏差。

我们现在的传感器可以测量三个不同的工艺参数:温度、固化状态和注射过程中的树脂流动前沿。“我们已经通过CATIA 3D Experience测试和集成了这些数据,并表明数据可以可靠地获取并添加到零件数据库中。”

ZAero项目控制系统步骤

ZAero项目控制系统步骤。源|连续波

决策支持工具

为了优化返工策略,Zaero项目开发了一个决策支持工具(DST),可读取制造数据库缺陷和结构模拟结果,然后可视化两个不同的用户角色的数据:机器运算符和线路管理器。DST使用零件流模拟(PFS)来运行不同返工策略的实验。

机器操作员必须决定哪些缺陷必须返工,并在另一层可放置之前进行返工。他/她对当前订单的预计交货量感兴趣。

该行管理器负责按时提供所有订单,并确保资源可用于匹配需求。他/她可以运行不同的PFS实验 - 例如,具有更多或更少的DFP / ADMP站 - 因此评估不同的选项以确保订单履行。

ZAero项目零件流程仿真图

使用西门子PLM(Plano,Tex,U.)Tecnomatix工厂仿真软件建造了Zaero零件流模型(PFS)模型,包括CFRP Wingskin生产链中的所有机器和流程。源|Zaero审查会议2019年9月,WP4零件流量决策支持,HelmutZörrer,Profactor。

DST结合了一个专门的胖客户端软件应用程序,该应用程序将来自内联缺陷检测的3D数据可视化,并支持返工决策的执行,以及支持决策任务的基于web的业务分析仪表板。仪表板显示来自制造执行系统(MES)或生产数据采集系统(PDA)的数据,以及使用不同返工策略的PFS实验的结果。这些交互式仪表板使用商业智能产品QlikView,它也作为web服务器运行。用户可以很容易地扩展仪表板,以显示来自车间其他来源的附加有价值的数据。

下一个步骤吗?

“我们想要建立一个完整的生产线,从铺层开始,到注射治疗,再到最终的无损检测,”艾津格说。“我们希望为这条生产线配备传感器和完整的ZAero控制系统,然后与Tier 1合作进行演示。”与此同时,Profactor正在将用于自动铺层过程中光纤定向和缺陷的模块化传感器商业化。InFactory Solutions也提供其AFP和树脂灌注传感器,而Danobat和MTorres现在正在销售其集成在线检测的设备。

最大的挑战是什么?“将所有的新设备和软件组合在一起制作一个系统是一项挑战,需要以一种可用的格式平稳地传输数据,”艾奇格说。“所以,整合是一个更具挑战性的任务。”他认为,ZAero开发的在线AFP监测及其在真实设备上的演示,将对这些数据用于提高生产效率产生重大影响。Eitzinger说:“这不仅会增加产量,从而以更低的成本可靠地制造出更多复合材料产品,而且传感器还将为大数据提供进一步的机会,为智能复合材料4.0制造的下一步打开大门。”

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