Veelo技术- 35
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ZAero项目更新

2019年的最终评估展示了自动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、部件性能预测和生产线操作人员的决策支持工具。
#空客#上篮# specialreport

Zaero项目AFP在线检测缺陷检测

源| Profactor

这是2020年7月文章的在线侧栏,”复合材料4.0:数字转型,自适应生产,新范式”。

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

当前的技术状态

CFRP生产的现状
ZAero解决方案更高效的CFRP生产在线检测

源|2018的博客, Profactor

项目伙伴和目标在a2018的博客.主要的重点是减少CFRP零件缺陷,通过集成在自动纤维放置(AFP)的干燥材料和过程监测在树脂灌注。收集到的工艺和缺陷数据通过有限元分析来预测零件性能,然后将结果输入决策支持工具来模拟零件流程并优化返工策略。目标包括提高15%的生产率,降低15-20%的生产成本,减少50%由于过程控制和早期返工造成的浪费。

这个博客的来源包括:

  • ZAero-航空航天工业中复合材料零件制造的零缺陷由境罗德里格斯1, j·昆卡1, r·鲁伊斯1, a Calero11FIDAMC(赫塔菲、西班牙)。材料Compuestos, Vol. 2, No. 2 (2018) pp. 128-131。
  • ZAero项目海报
  • “在航空工业的复合材料零件零缺陷制造中使用商业分析来提供决策支持,”作者:Helmut Zörrer, Robert Steringer, sebastian Zambal, Christian Eitzinger。Profactor(奥地利斯太尔)。IFAC论文在线,第52卷,第13期(2019)1461-1466页。
  • 可交付成果D5.3 -演示#3和评估报告项目协调人Christian Eitzinger (Profactor),空客集团创新(AGI)、Danobat、达索系统、FIDAMC、IDEKO、InFactory解决方案和MTorres也做出了贡献。
  • 2019年9月ZAero审查会议:
    WP2过程质量控制作者:Sebastian Zambal (Profactor), Christopher Buchmann (AGI/InFactory Solutions)和Alberto Mendikute (IDEKO)
    缺陷处理和决策支持迈克尔·克拉克(Michael Clarke,达索Systèmes)和米格尔·桑切斯(Miguel Sanchez, MTorres)
    WP4零件流程决策支持赫尔穆特Zörrer (Profactor)著。

材料

MTorres干纤维放置DFP层和UD胶带

DFP演示用MTorres干纤维UD胶带制成。“ZAero-航空航天工业复合材料部件制造中的零缺陷”,由Rodriguez等人(FIDAMC)和“可交付的D5.3 -演示#3和评估报告”,由Profactor。

Danobat的自动干燥材料放置ADMP铺层

在Danobat使用600毫米宽NCF的ADMP层。来源|“ZAero-零缺陷…作者罗德里格斯等人(FIDAMC)WP2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放置技术:Danobat的(Elgoibar,西班牙)自动干燥物料放置(ADMP)和毫托”(西班牙纳瓦拉托雷斯·德埃洛尔兹)干AFP
(DFP)。

ADMP层敷使用600毫米宽的干碳纤维多轴无卷曲织物(NCF),而DFP层敷使用MTorres生产的12.7毫米宽的单向(UD)干胶带。介绍了一种新型的干式纤维带技术连续波MTorres特别项目负责人Iñigo Idareta发表了讲话。

ADMP的工作在Danobat工厂进行,而DFP演示和检查评估在FIDAMC(西班牙赫塔菲)完成,该公司是ZAero项目的关键合作伙伴。

示威者

2017年的第一次演示测试了在一个平坦的CFRP蒙皮面板上的铺层监测。Demonstrator 2是一个1700毫米× 1700毫米的双曲面板,在一个角落有层合板,用于2018年测试层合检查和固化监测。叠层监控的重点由前两个演示的主要是ADMP转移到第三个也是最后一个演示的DFP。

3 .谷歌文档

ZAero项目演示3的CAD模型。
可交付成果D5.3 -演示#3和Eitzinger (Profactor)的评估报告

FIDAMC的最终项目审查包括一个1500毫米乘1500毫米的双曲线演示机,该演示机基于空客A350下翼皮的一部分,带有三个集成的T弦。其中一根弦包含一个交错(锥度),另一根弦包含一个跳动(在末端将负载过渡到蒙皮的区域)。面板还保留了来自Demonstrator 2的拐角加固。

demo 3使用DFP和多拖头创建,拖头采用8个12.7毫米宽的拖头。铺层头上的专用激光将材料加热到170°C以上,以达到足够的粘性和粘合层。

叠层传感器和缺陷检测

ZAero项目已经开发并演示了用于ADMP和预浸AFP/DFP工艺的内联传感器系统Profactor(奥地利斯太尔)和项目协调员。开发了两种不同的非接触传感器,用于在铺层过程中进行在线缺陷检测。一个有五个摄像头的光度立体传感器(FScan)使用碳纤维的反射模型来测量光纤的方向。它只能与ADMP一起使用。带有三个摄像头的激光轮廓仪/三角测量传感器(LScan)用于在ADMP和DFP期间获取三维轮廓。

ZAero项目铺层检查LScan FScan

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

FScan传感器是由Danobat公司开发的。Eitzinger解释说:“我们需要他们提供ADMP机器所需的质量标准,并将其运动控制与传感器的数据采集紧密联系起来。”“LScan传感器是基于与InFactory与MTorres认证的相同类型的技术2018的博客,但在ZAero项目期间做了一些修改。它还可以检测其他标准的AFP缺陷,如重叠、异物碎片、毛球和扭曲的拖缆,以及对单个拖缆的早期切割和晚期切割,以确定设计的切割是否确实在正确的位置。”

两个传感器的大量数据通过边缘计算进行聚合,并结合起来识别特征及其大小和位置。整体检测结果被写入制造数据库(MDB),其中还包含零件的cad模型。在下一步的过程中,对铺层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对层的数字孪生体的支持。

Zaero项目FScan缺陷检测结果
ZAero项目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

这些传感器的大量数据通过边缘计算进行聚合,并结合起来识别每个层的特征及其大小和位置。整体检测结果写入制造数据库(MDB),其中还包含零件的CAD模型。

Eitzinger说:“我们使用达索系统的3D体验为CATIA环境建立了这个数据库。“它允许我们计算各种缺陷对零件性能的影响,例如,在给定尺寸、形状和缺陷类型的情况下,安全裕度减少了多少。”

接下来,对层板的所有特征进行了有限元结构模拟。MDB和结构模拟一起可以作为对层的数字孪生体的支持。这就为机器操作员提供了信息,以决定哪些缺陷可以保留,哪些必须返工。

“我们也与MTorres实施了能力重新制作,”艾辛格指出。“例如,现在可以通过在缺失的拖车的精确位置放置额外的拖车来自动替换缺失的拖车。”

所有这些缺陷都能自动修正吗?他解释说:“有些会要求机器停止工作,例如,清除毛球或扭曲的丝束。”然而,要想继续下去,需要一些机器智能。你必须告诉机器27号拖绳需要更换,机器必须学会只更换那根拖绳,而不是整个拖绳,然后再进行下一层。”

注入传感器

在AFP过程中,一旦铺层和必要的返工完成,就可以制备干纤维层压板,用RTM6环氧树脂(Hexcel美国康涅狄格州斯坦福德市)。不同的传感器被集成到真空袋式输液装置中,以监测树脂温度、流量前沿和固化程度。采用典型的RTM6固化循环,将树脂在储层中加热到90°C,并在真空下脱气30分钟。一旦零件模具被加热到120°C,一个注射单元被用来将树脂注入到干燥的层压板中,然后在180°C固化90分钟。

E-TDR传感器用于树脂流前和固化

源| AGI通讯社

树脂流动前沿和固化程度监测使用基于电时域反射计的传感器(见“用于监测树脂输液前流和固化的传感器).

温度监控,一种新型的基于薄膜箔的阵列提供了14个独立传感器位置的测量。每个传感器条纹折叠,其中一部分插入层压板下面,在金属工具的顶部,两部分在纵材层压板上面。通过各种测试和演示,这些传感器阵列能够提供准确的、在线的温度分布监测和小的温度偏差。

现在我们的传感器可以测量三种不同的工艺参数:温度、固化状态和注射过程中的树脂流动前沿。”Eitzinger说。“我们已经将这些数据与CATIA 3D经验进行了测试并集成,结果表明,这些数据可以可靠地获取并添加到零件的数据库中。”

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),该工具可以读取制造数据库缺陷和结构模拟结果,然后为两个不同的用户角色(机器操作员和直线经理)可视化数据。DST使用零件流模拟(PFS)对不同的返工策略进行试验。

机器操作员必须决定哪些缺陷需要返工,并在放置另一层之前进行返工。他/她对当前订单的预计交货量感兴趣。

部门经理负责准时交付所有订单,并确保资源能够满足需求。他/她可以进行不同的PFS实验——例如,使用或多或少的DFP/ADMP工作站——从而评估不同的选项,以确保订单完成。

ZAero项目部分流程仿真图

采用西门子PLM (Plano, Tex.)建立了ZAero零件流动仿真(PFS)模型。,美国)Tecnomatix工厂模拟软件,包括CFRP翼皮生产链中的所有机器和流程。来源| ZAero审查会议2019年9月,WP4部分流程决策支持,Helmut Zörrer, Profactor。

DST结合了一个专门的胖客户端软件应用程序,该应用程序可以可视化来自内联缺陷检测的3D数据,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。仪表盘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了商业智能产品QlikView,它也可以作为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价值数据。

下一个步骤吗?

Eitzinger说:“我们想要建立一条完整的生产线,从开始涂敷到注入到固化,然后纳入最终的无损检测。”“我们希望在这条生产线上装备传感器和完整的ZAero控制系统,然后与Tier 1合作进行演示。”与此同时,Profactor正在商业化用于自动铺层过程中光纤取向和缺陷的模块化传感器。InFactory Solutions也提供AFP和树脂灌注传感器,Danobat和MTorres目前正在销售他们的集成在线检测设备。

最大的挑战是什么?“将所有的新设备和软件组合在一起形成一个系统是一个挑战,这需要以一种可用的格式平稳地传输数据,”Eitzinger指出。“因此,整合是一项更具挑战性的任务。”他认为,ZAero开发的在线AFP监测技术及其在实际设备上的演示,这些数据可以用来提高生产效率,这将产生重大影响。Eitzinger表示:“这不仅会增加产量,使更多复合材料产品能够以更低的成本可靠地生产,而且传感器还将提供进一步的大数据机会,为智能复合材料4.0制造的下一步打开大门。”

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