У пагоні за ўстойлівым развіццём датчыкі скарачаюць працягласць цыклу, спажыванне энергіі і адходы, аўтаматызуюць кіраванне працэсам з замкнёным цыклам і пашыраюць веды, адкрываючы новыя магчымасці для разумнай вытворчасці і канструкцый.#датчыкі #ўстойлівае развіццё #SHM
Датчыкі злева (зверху ўніз): цеплавы паток (TFX), дыэлектрыкі ў форме (Lambient), ультрагук (Універсітэт Аўгсбурга), аднаразовыя дыэлектрыкі (Synthesites) і паміж капейкамі і тэрмапарамі Microwire (AvPro). Графікі (уверсе, па гадзіннікавай стрэлцы): Дыэлектрычная пастаянная (CP) па Кола ў залежнасці ад іённай глейкасці па Кола (CIV), супраціў смалы ў залежнасці ад часу (Synthesites) і лічбавая мадэль капралактама, імплантаванага нарыхтовак з выкарыстаннем электрамагнітных датчыкаў (праект CosiMo, DLR ZLP, Універсітэт Аўгсбурга).
Па меры таго, як сусветная прамысловасць працягвае выходзіць з пандэміі COVID-19, яна перайшла да прыярытэтаў устойлівага развіцця, што патрабуе скарачэння адходаў і спажывання рэсурсаў (такіх як энергія, вада і матэрыялы). У выніку вытворчасць павінна стаць больш эфектыўнай і разумнай .Але для гэтага патрэбна інфармацыя. Адкуль бяруцца гэтыя даныя для кампазітаў?
Як апісана ў серыі артыкулаў CW 2020 Composites 4.0, вызначэнне вымярэнняў, неабходных для паляпшэння якасці дэталяў і вытворчасці, а таксама датчыкаў, неабходных для дасягнення гэтых вымярэнняў, з'яўляецца першым крокам у разумнай вытворчасці. У 2020 і 2021 гадах CW паведамляў аб датчыках — дыэлектрычных датчыкі, датчыкі цеплавога патоку, валаконна-аптычныя датчыкі і бескантактавыя датчыкі з выкарыстаннем ультрагукавога і электрамагнітныя хвалі, а таксама праекты, якія дэманструюць іх магчымасці (гл. Інтэрнэт-набор датчыкаў CW). Гэты артыкул абапіраецца на гэтую справаздачу, абмяркоўваючы датчыкі, якія выкарыстоўваюцца ў кампазітных матэрыялах, іх абяцаныя перавагі і праблемы, а таксама тэхналагічны ландшафт, які распрацоўваецца. У прыватнасці, кампаніі якія становяцца лідэрамі ў індустрыі кампазітных матэрыялаў, ужо даследуюць і арыентуюцца ў гэтай прасторы.
Сетка датчыкаў у CosiMo. Сетка з 74 датчыкаў - 57 з якіх з'яўляюцца ультрагукавымі датчыкамі, распрацаванымі ва ўніверсітэце Аўгсбурга (паказана справа, светла-блакітнымі кропкамі ў верхняй і ніжняй паловах формы) - выкарыстоўваецца для дэманстратара вечка для T-RTM. Праект ліцця CosiMo для тэрмапластычных кампазітных батарэй. Аўтар выявы: праект CosiMo, DLR ZLP Аўгсбург, Універсітэт Аўгсбурга
Мэта №1: зэканоміць грошы. У блогу CW за снежань 2021 г. «Карыстальніцкія ультрагукавыя датчыкі для аптымізацыі і кіравання кампазітнымі працэсамі» апісваецца праца ў Аўгсбургскім універсітэце (UNA, Аўгсбург, Германія) па распрацоўцы сеткі з 74 датчыкаў, якія для CosiMo праект па вытворчасці дэманстратара вечка акумулятарнай батарэі EV (кампазітныя матэрыялы ў разумным транспарце). Дэталь выраблена з выкарыстаннем тэрмапластычнай смалы для перадачы ліцця (T-RTM), які палімерызуе манамер капралактама in situ ў кампазіт поліаміду 6 (PA6). Маркус Саўс, прафесар UNA і кіраўнік вытворчай сеткі штучнага інтэлекту (AI) UNA ў Аўгсбургу, тлумачыць, чаму датчыкі так важныя: « самая вялікая перавага, якую мы прапануем, - гэта візуалізацыя таго, што адбываецца ўнутры чорнай скрыні падчас апрацоўкі. У цяперашні час большасць вытворцаў маюць абмежаваныя сістэмы для дасягнення гэтай мэты. Напрыклад, яны выкарыстоўваюць вельмі простыя або спецыяльныя датчыкі, калі выкарыстоўваюць уліванне смалы для вырабу вялікіх аэракасмічных дэталяў. Калі працэс настойвання пойдзе не так, у вас будзе вялікі кавалак лому. Але калі ў вас ёсць рашэнні, каб зразумець, што пайшло не так у працэсе вытворчасці і чаму, вы можаце гэта выправіць і выправіць, зэканоміўшы шмат грошай».
Тэрмапары з'яўляюцца прыкладам «простага ці спецыяльнага датчыка», які дзесяцігоддзямі выкарыстоўваўся для кантролю тэмпературы кампазітных ламінатаў падчас отвержденія ў аўтаклаве або ў печы. Яны нават выкарыстоўваюцца для кантролю тэмпературы ў духоўках або награвальных коўдрах для отвержденія кампазітных рамонтных пластыраў з дапамогай вытворцы смалы выкарыстоўваюць розныя датчыкі ў лабараторыі для маніторынгу змяненняў глейкасці смалы з цягам часу і тэмпературы для развіцця цвярдзення фармулёўкі. Аднак з'яўляецца сэнсарная сетка, якая можа візуалізаваць і кантраляваць вытворчы працэс на месцы на аснове шматлікіх параметраў (напрыклад, тэмпературы і ціску) і стану матэрыялу (напрыклад, глейкасці, агрэгацыі, крышталізацыі).
Напрыклад, ультрагукавы датчык, распрацаваны для праекта CosiMo, выкарыстоўвае тыя ж прынцыпы, што і ультрагукавы кантроль, які стаў асновай неразбуральнага кантролю (NDI) гатовых кампазітных дэталяў. Петрас Карапапас, галоўны інжынер Meggitt (Лафбара, Вялікабрытанія), сказаў: «Наша мэта складаецца ў тым, каб мінімізаваць час і працу, неабходныя для праверкі будучых кампанентаў пасля вытворчасці, калі мы рухаемся да лічбавых тэхналогій. вытворчасць». Супрацоўніцтва Цэнтра матэрыялаў (NCC, Брысталь, Вялікабрытанія) для дэманстрацыі маніторынгу кальца Solvay (Альфарэта, Джорджыя, ЗША) EP 2400 падчас RTM з выкарыстаннем лінейнага дыэлектрычнага датчыка, распрацаванага ва ўніверсітэце Крэнфілда (Крэнфілд, Вялікабрытанія). Кампазітная абалонка даўжынёй 1,3 м, шырынёй 0,8 м і глыбінёй 0,4 м для рэкламнага роліка цеплаабменнік авіяцыйнага рухавіка. «Калі мы шукалі, як зрабіць больш буйныя зборкі з большай прадукцыйнасцю, мы не маглі дазволіць сабе правесці ўсе традыцыйныя праверкі пасля апрацоўкі і выпрабаванні кожнай дэталі», — сказаў Карапапас. «Зараз мы праводзім тэст панэлі побач з гэтымі дэталямі RTM, а затым правесці механічныя выпрабаванні для пацверджання цыклу отвержденія. Але з гэтым датчыкам у гэтым няма неабходнасці».
Зонд Collo апускаецца ў ёмістасць для змешвання фарбы (зялёны круг уверсе), каб вызначыць, калі змешванне завершана, што дазваляе зэканоміць час і энергію. Выява: ColloidTek Oy
«Наша мэта — не стаць чарговай лабараторнай прыладай, а засяродзіцца на вытворчых сістэмах», — кажа Маці Ярвеляйнен, генеральны дырэктар і заснавальнік ColloidTek Oy (Коло, Тамперэ, Фінляндыя). Блог CW «Вадкасці для адбіткаў пальцаў для кампазітаў» за студзень 2022 г. даследуе Collo's спалучэнне датчыкаў электрамагнітнага поля (ЭМП), апрацоўкі сігналаў і аналізу даных для вымярэння «адбіткаў пальцаў» любой вадкасці, напрыклад манамеры, смалы або клеі. «Тое, што мы прапануем, - гэта новая тэхналогія, якая забяспечвае прамую зваротную сувязь у рэжыме рэальнага часу, каб вы маглі лепш зразумець, як на самай справе працуе ваш працэс, і рэагаваць, калі нешта пойдзе не так», - кажа Ярвеляйнен. «Нашы датчыкі пераўтвараюць рэальныя даныя часу ў зразумелыя і дзейсныя фізічныя велічыні, такія як рэалагічная глейкасць, што дазваляе аптымізаваць працэс. Напрыклад, вы можаце скараціць час змешвання, таму што вы бачыце, калі змешванне завершана. Такім чынам, з дапамогай You можна павялічыць прадукцыйнасць, зэканоміць энергію і скараціць лом у параўнанні з менш аптымізаванай апрацоўкай».
Мэта № 2: Пашырэнне ведаў аб працэсах і іх візуалізацыя. Для такіх працэсаў, як агрэгацыя, Ярвеляйнен кажа: «Вы не бачыце шмат інфармацыі з простага здымка. Вы проста бераце ўзор, ідзяце ў лабараторыю і глядзіце, як гэта было хвіліны ці гадзіны таму. Гэта як едзеш па шашы, кожную гадзіну на хвіліну расплюшчы вочы і паспрабуй прадказаць, куды вядзе дарога». Саўз пагаджаецца, адзначаючы, што сэнсарная сетка, распрацаваная ў CosiMo, «дапамагае нам атрымаць поўнае ўяўленне аб працэсе і паводзінах матэрыялу. Мы бачым лакальныя эфекты ў працэсе ў адказ на змены таўшчыні дэталяў або ўбудаваных матэрыялаў, такіх як стрыжань з пенапласту. Тое, што мы спрабуем зрабіць, гэта даць інфармацыю аб тым, што на самой справе адбываецца ў форме. Гэта дазваляе нам вызначаць розную інфармацыю, такую як форма фронту патоку, прыбыццё кожнай часткі часу і ступень агрэгацыі ў кожным месцы датчыка».
Collo супрацоўнічае з вытворцамі эпаксідных клеяў, фарбаў і нават піва для стварэння тэхналагічных профіляў для кожнай вырабленай партыі. Цяпер кожны вытворца можа праглядаць дынаміку свайго працэсу і ўсталёўваць больш аптымізаваныя параметры з папярэджаннямі аб неабходнасці ўмяшання, калі партыі не задаюцца спецыфікацыямі. Гэта дапамагае стабілізаваць і палепшыць якасць.
Відэа фронту патоку ў частцы CosiMo (уваход для ін'екцыі - белая кропка ў цэнтры) у залежнасці ад часу, заснаванае на дадзеных вымярэнняў ад сеткі датчыкаў у форме. Аўтар выявы: праект CosiMo, DLR ZLP, Аўгсбургскі ўніверсітэт Аўгсбург
«Я хачу ведаць, што адбываецца падчас вырабу дэталяў, а не адкрываць скрынку і глядзець, што адбываецца пасля», — кажа Карапапас з Мегіта. «Прадукты, якія мы распрацавалі з выкарыстаннем дыэлектрычных датчыкаў Крэнфілда, дазволілі нам убачыць працэс на месцы, і мы таксама змаглі каб праверыць зацвярдзенне смалы». Выкарыстанне ўсіх шасці тыпаў датчыкаў, апісаных ніжэй (спіс не поўны, толькі невялікі выбар, пастаўшчыкі таксама), можа кантраляваць отверждение/полімерызацыю і паток смалы. Некаторыя датчыкі маюць дадатковыя магчымасці, а камбінаваныя тыпы датчыкаў могуць пашырыць магчымасці адсочвання і візуалізацыі падчас кампазітнага фармавання. Гэта было прадэманстравана падчас CosiMo, які выкарыстоўваў ультрагукавыя, дыэлектрычныя і п'езарэзістыўныя датчыкі ў рэжыме для вымярэння тэмпературы і ціску шляхам Kistler (Вінтэртур, Швейцарыя).
Мэта № 3: скараціць час цыклу. Датчыкі Collo могуць вымяраць аднастайнасць двухкампанентнай хуткацвярдзельнай эпаксіднай смалы, калі часткі A і B змешваюцца і ўпырскваюцца падчас RTM і ў кожным месцы формы, дзе размяшчаюцца такія датчыкі. Гэта можа дапамагчы ўключыць смалы больш хуткага зацвярдзення для такіх прыкладанняў, як Urban Air Mobility (UAM), якія забяспечваюць больш хуткія цыклы зацвярдзення ў параўнанні з сучаснымі аднакампанентнымі эпаксіднымі смоламі, такімі як RTM6.
Датчыкі Collo таксама могуць кантраляваць і візуалізаваць эпаксідную смалу падчас дэгазацыі, увядзення і отвержденія, а таксама завяршэння кожнага працэсу. Фінішнае отвержденія і іншыя працэсы, заснаваныя на фактычным стане матэрыялу, які апрацоўваецца (у параўнанні з традыцыйнымі рэцэптамі часу і тэмпературы), называюцца кіраваннем станам матэрыялу (МСМ). Такія кампаніі, як AvPro (Норман, штат Аклахома, ЗША), дзесяцігоддзямі займаюцца МСМ, каб адсочваць змены ў матэрыялах дэталяў і працэсах пры дасягненні канкрэтных мэтаў для тэмпературы шклянога пераходу (Tg), глейкасці, полімерызацыі і/або крышталізацыі. Напрыклад, сетка датчыкаў і лічбавы аналіз у CosiMo былі выкарыстаны для вызначэння мінімальнага часу, неабходнага для нагрэву прэса RTM і формы, і выяўлена, што 96% максімальная полімерызацыі дасягалася праз 4,5 хвіліны.
Пастаўшчыкі дыэлектрычных датчыкаў, такія як Lambient Technologies (Кембрыдж, Масачусэтс, ЗША), Netzsch (Зельб, Германія) і Synthesites (Укле, Бельгія), таксама прадэманстравалі сваю здольнасць скарачаць час цыкла. Праект даследаванняў і распрацовак Synthesites з вытворцамі кампазітаў Hutchinson (Парыж, Францыя) ) і Bombardier Belfast (цяпер Spirit AeroSystems (Белфаст, Ireland)) паведамляе, што на аснове вымярэнняў у рэжыме рэальнага часу супраціўляльнасці і тэмпературы смалы з дапамогай блока збору даных Optimold і праграмнага забеспячэння Optiview пераўтворыцца ў ацэначную глейкасць і Tg. «Вытворцы могуць бачыць Tg у рэжыме рэальнага часу, таму яны могуць вырашыць, калі спыніцца цыкл отвержденія, - тлумачыць Нікас Пантелелис, дырэктар Synthesites. - Ім не трэба чакаць, каб завяршыць цыкл пераходу, які даўжэй, чым неабходна. Напрыклад, традыцыйны цыкл для RTM6 - гэта 2-гадзіннае поўнае отверждение пры 180°C. Мы бачылі, што ў некаторых геаметрыях гэта можна скараціць да 70 хвілін. Гэта таксама было прадэманстравана ў праекце INNOTOOL 4.0 (гл. «Паскарэнне RTM з дапамогай датчыкаў цеплавога патоку»), дзе выкарыстанне датчыка цеплавога патоку скараціла цыкл отвержденія RTM6 са 120 хвілін да 90 хвілін.
Мэта № 4: кіраванне адаптыўнымі працэсамі па замкнёным контуры. Для праекта CosiMo канчатковай мэтай з'яўляецца аўтаматызацыя кіравання па замкнёным контуры падчас вытворчасці кампазіцыйных дэталяў. Гэта таксама мэта праектаў ZAero і iComposite 4.0, пра якія паведамляе CW у 2020 (зніжэнне выдаткаў на 30-50%). Звярніце ўвагу, што яны ўключаюць розныя працэсы - аўтаматызаванае размяшчэнне прэпрэгавай стужкі (ZAero) і распыленне валакна ў параўнанні з высокімі ціск T-RTM у CosiMo для RTM з хуткацвярдзельнай эпаксіднай смолай (iComposite 4.0). Усе гэтыя праекты выкарыстоўваюць датчыкі з лічбавымі мадэлямі і алгарытмамі для мадэлявання працэсу і прагназавання выніку гатовай дэталі.
Кіраванне працэсам можна разглядаць як серыю этапаў, патлумачыў Соус. Першы крок - інтэграцыя датчыкаў і тэхналагічнага абсталявання, сказаў ён, «для візуалізацыі таго, што адбываецца ў чорнай скрыні, і параметраў для выкарыстання. Астатнія некалькі этапаў, магчыма, палова кіравання па замкнёным контуры, - магчымасць націснуць кнопку прыпынку, каб умяшацца, наладзіць працэс і прадухіліць адхіленне дэталяў. У якасці апошняга кроку вы можаце распрацаваць лічбавы двайнік, які можа быць аўтаматызаваны, але таксама патрабуе інвестыцый у метады машыннага навучання». У CosiMo гэтая інвестыцыя дазваляе датчыкам падаваць даныя ў лічбавы блізнюк. Затым аналіз краёў (разлікі, якія праводзяцца на краі вытворчай лініі ў параўнанні з разлікамі з цэнтральнага сховішча даных) выкарыстоўваецца для прагназавання дынамікі фронту патоку, аб'ёмнага ўтрымання валокнаў на тэкстыльную нарыхтоўку і патэнцыйныя сухія плямы. "У ідэале вы можаце ўсталяваць налады, каб уключыць замкнёнае кіраванне і наладу ў працэсе", - сказаў Саўс. "Яны будуць уключаць такія параметры, як ціск упырску, ціск і тэмпература формы. Вы таксама можаце выкарыстоўваць гэтую інфармацыю для аптымізацыі вашага матэрыялу».
Робячы гэта, кампаніі выкарыстоўваюць датчыкі для аўтаматызацыі працэсаў. Напрыклад, Synthesites працуе са сваімі кліентамі над інтэграцыяй датчыкаў з абсталяваннем, каб закрыць уваход смалы, калі заліванне завершана, або ўключыць цеплавы прэс, калі дасягнута мэтавае отверждение.
Ярвеляйнен адзначае, што, каб вызначыць, які датчык лепш за ўсё падыходзіць для кожнага выпадку выкарыстання, «вам трэба зразумець, якія змены ў матэрыяле і працэсе вы хочаце кантраляваць, а затым вам спатрэбіцца аналізатар». Аналізатар атрымлівае даныя, сабраныя апытальным апаратам або блокам збору даных. неапрацаваныя даныя і пераўтварыць іх у інфармацыю, прыдатную для выкарыстання вытворцам. «На самай справе вы бачыце шмат кампаній, якія інтэгруюць датчыкі, але потым яны нічога не робяць з дадзенымі», — сказаў Саўс. Ён патлумачыў, што патрэбна «сістэма збору даных, а таксама архітэктуры захоўвання даных, каб мець магчымасць апрацоўваць даныя».
«Канчатковыя карыстальнікі хочуць не проста бачыць неапрацаваныя даныя, — кажа Ярвеляйнен. — Яны хочуць ведаць, ці аптымізаваны працэс?» Калі можна зрабіць наступны крок? Для гэтага вам трэба аб'яднаць некалькі датчыкаў. для аналізу, а потым выкарыстоўваць машыннае навучанне, каб паскорыць працэс». Гэты падыход да аналізу краёў і машыннага навучання, які выкарыстоўваецца камандай Collo і CosiMo, можа быць дасягнуты з дапамогай карт глейкасці, лікавых мадэляў фронту патоку смалы і візуалізацыі магчымасці канчатковага кантролю параметраў працэсу і абсталявання.
Optimold - гэта аналізатар, распрацаваны кампаніяй Synthesites для яе дыэлектрычных датчыкаў. Кіруецца праграмным забеспячэннем Optiview кампаніі Synthesites, прылада Optimold выкарыстоўвае вымярэнні тэмпературы і супраціву смалы для разліку і адлюстравання графікаў у рэальным часе для маніторынгу стану смалы, уключаючы суадносіны сумесі, хімічнае старэнне, глейкасць, Tg і ступень отвержденія. Яго можна выкарыстоўваць у працэсах прэпрэгаў і вадкаснага фармавання. Асобны блок Optiflow выкарыстоўваецца для патоку маніторынг. Кампанія Synthesites таксама распрацавала сімулятар отвержденія, які не патрабуе датчыка отвержденія ў прэс-форме або дэталі, але замест гэтага выкарыстоўвае датчык тэмпературы і ўзоры смалы/прэпрэга ў гэтым блоку аналізатара. «Мы выкарыстоўваем гэты самы сучасны метад настойвання і цвярдзення клею для вытворчасці лопасцей ветраных турбін», — сказаў Нікас Пантэлеліс, дырэктар Synthesites.
Сістэмы кіравання працэсамі Synthesites аб'ядноўваюць датчыкі, блокі збору даных Optiflow і/або Optimold, а таксама праграмнае забеспячэнне OptiView і/або Online Resin Status (ORS). Аўтар выявы: Synthesites, пад рэдакцыяй The CW
Такім чынам, большасць пастаўшчыкоў датчыкаў распрацавалі ўласныя аналізатары, некаторыя з якіх выкарыстоўваюць машыннае навучанне, а некаторыя - не. Але вытворцы кампазітных матэрыялаў таксама могуць распрацоўваць свае ўласныя індывідуальныя сістэмы або купляць стандартныя прыборы і мадыфікаваць іх у адпаведнасці з канкрэтнымі патрэбамі. Аднак магчымасці аналізатара трэба ўлічваць толькі адзін фактар. Ёсць шмат іншых.
Кантакт таксама з'яўляецца важным фактарам пры выбары датчыка, які выкарыстоўваць. Магчыма, датчык павінен знаходзіцца ў кантакце з матэрыялам, запытальнікам або абодвума. Напрыклад, датчыкі цеплавога патоку і ультрагукавыя датчыкі можна ўставіць у форму RTM на адлегласці 1-20 мм ад паверхня - дакладны кантроль не патрабуе кантакту з матэрыялам у форме. Ультрагукавыя датчыкі могуць таксама апытваць дэталі на рознай глыбіні ў залежнасці ад выкарыстоўванай частаты. Электрамагнітныя датчыкі Collo таксама могуць счытваць глыбіня вадкасцяў або частак – 2-10 см, у залежнасці ад частаты допыту – і праз неметалічныя кантэйнеры або інструменты, якія кантактуюць са смалой.
Аднак магнітныя мікраправады (гл. «Бескантактавы маніторынг тэмпературы і ціску ўнутры кампазітаў») з'яўляюцца ў цяперашні час адзінымі датчыкамі, здольнымі апытваць кампазіты на адлегласці 10 см. Гэта таму, што яны выкарыстоўваюць электрамагнітную індукцыю для атрымання адказу ад датчыка, які убудаваны ў кампазітны матэрыял. Мікраправодны датчык ThermoPulse ад AvPro, убудаваны ў клей злучальны пласт, быў дапытаны праз ламінат з вугляроднага валакна таўшчынёй 25 мм для вымярэння тэмпературы ў працэсе злучэння. Паколькі мікраправады маюць дыяметр валасінак 3-70 мікрон, яны не ўплываюць на характарыстыкі кампазіта або сувязі. Пры крыху большым дыяметры 100- 200 мікрон, валаконна-аптычныя датчыкі таксама могуць быць убудаваны без пагаршэння структурных уласцівасцей. Аднак, паколькі яны выкарыстоўваюць святло для валаконна-аптычныя датчыкі павінны мець правадное падключэнне да апытальніка. Падобным чынам, паколькі дыэлектрычныя датчыкі выкарыстоўваюць напружанне для вымярэння ўласцівасцей смалы, яны таксама павінны быць падлучаны да апытальніка, і большасць з іх таксама павінны знаходзіцца ў кантакце са смалой, якую яны кантралююць.
Датчык Collo Probe (верхні) можна апускаць у вадкасць, у той час як Collo Plate (унізе) усталёўваецца ў сценку пасудзіны/ёмістасці для змешвання або тэхналагічнага трубаправода/лініі падачы. Аўтар выявы: ColloidTek Oy
Тэмпературная здольнасць датчыка - яшчэ адно ключавое меркаванне. Напрыклад, большасць стандартных ультрагукавых датчыкаў звычайна працуюць пры тэмпературах да 150°C, але дэталі ў CosiMo павінны быць сфарміраваны пры тэмпературах вышэй за 200°C. Такім чынам, UNA прыйшлося распрацаваць ультрагукавы датчык з такой магчымасцю. Аднаразовыя дыэлектрычныя датчыкі Lambient можна выкарыстоўваць на паверхнях дэталяў пры тэмпературы да 350°C, і яго шматразовыя датчыкі ў форме могуць выкарыстоўвацца пры тэмпературы да 250°C. RVmagnetics (Кошыцэ, Славакія) распрацавала свой мікраправодны датчык для кампазітных матэрыялаў, які вытрымлівае отвержденія пры тэмпературы 500°C. У той час як сама тэхналогія датчыка Collo не мае тэарэтычнага абмежавання тэмпературы, шчыт з загартаванага шкла для Collo Plate і новы корпус з поліэфірэтэркетону (PEEK) для Collo Probe пратэставаны на бесперапынную працу у адпаведнасці з Järveläinen. Між тым, PhotonFirst (Алкмар, Нідэрланды) выкарыстаў полііміднае пакрыццё, каб забяспечыць працоўную тэмпературу 350 °C для свайго валаконна-аптычнага датчыка для праекта SuCoHS, для ўстойлівага і эканамічна эфектыўнага высокага -тэмпературны кампазіт.
Яшчэ адзін фактар, які варта ўлічваць, асабліва пры ўсталёўцы, - гэта тое, ці датчык вымярае ў адной кропцы, ці гэта лінейны датчык з некалькімі кропкамі адчування. Напрыклад, валаконна-аптычныя датчыкі Com&Sens (Eke, Бельгія) могуць мець даўжыню да 100 метраў і мець да 40 кропак адчування валакна брэггаўскай рашоткі (FBG) з мінімальным адлегласцю 1 см. Гэтыя датчыкі выкарыстоўваліся для структурнага маніторынгу здароўя (SHM) 66-метровай даўжыні кампазітныя масты і маніторынг патоку смалы падчас улівання вялікіх маставых палуб. Устаноўка асобных кропкавых датчыкаў для такога праекта запатрабуе вялікай колькасці датчыкаў і шмат часу на ўстаноўку. NCC і Крэнфілдскі ўніверсітэт заяўляюць аб падобных перавагах сваіх лінейных дыэлектрычных датчыкаў. У параўнанні з аднакропкавыя дыэлектрычныя датчыкі, прапанаваныя Lambient, Netzsch і Synthesites, «З дапамогай нашага лінейнага датчыка мы можам бесперапынна кантраляваць паток смалы ўздоўж даўжыня, што значна памяншае Колькасць датчыкаў, неабходных у дэталі або інструменце.»
AFP NLR для валаконна-аптычных датчыкаў Спецыяльны блок інтэграваны ў 8-ы канал галоўкі AFP Карыёліса для размяшчэння чатырох валаконна-аптычных датчыкаў у высокатэмпературнай кампазітнай панэлі, армаванай вугляродным валакном. Выява: SuCoHS Project, NLR
Лінейныя датчыкі таксама дапамагаюць аўтаматызаваць устаноўкі. У праекце SuCoHS Каралеўскі NLR (Нідэрландскі аэракасмічны цэнтр, Маркэсэ) распрацаваў спецыяльны блок, інтэграваны ў 8-ы канал аўтаматызаванага размяшчэння валакна (AFP) кіраўніка Coriolis Composites (Квевен, Францыя) для ўбудавання чатырох масіваў ( асобныя валаконна-аптычныя лініі), кожная з 5-6 датчыкамі FBG (PhotonFirst прапануе агульную з 23 датчыкаў), у тэставых панэлях з вугляроднага валакна. Кампанія RVmagnetics змясціла свае мікраправодныя датчыкі ў пултрузійную арматуру з GFRP.»Правады з'яўляюцца перарывістымі [1-4 см у даўжыню для большасці кампазітных мікраправадоў], але аўтаматычна размяшчаюцца бесперапынна, калі вырабляецца арматура, », - сказаў Раціслаў Варга, сузаснавальнік RVmagnetics. «У вас ёсць мікрапровад з мікрапровадам даўжынёй 1 км. віткі ніткі і падавайце яе ў цэх па вытворчасці арматуры, не змяняючы спосаб вырабу арматуры». Тым часам Com&Sens працуе над аўтаматызаванай тэхналогіяй убудавання валаконна-аптычных датчыкаў падчас працэсу намоткі ніткі ў ёмістасці пад ціскам.
З-за сваёй здольнасці праводзіць электрычнасць вугляроднае валакно можа выклікаць праблемы з дыэлектрычнымі датчыкамі. Дыэлектрычныя датчыкі выкарыстоўваюць два электроды, размешчаныя блізка адзін да аднаго. «Калі валакна перамыкаюць электроды, яны замыкаюць датчык», — тлумачыць заснавальнік Lambient Хуан Лі. У гэтым выпадку выкарыстоўвайце фільтр. «Фільтр прапускае смалу праз датчыкі, але ізалюе іх ад вугляроднага валакна». Лінейны дыэлектрычны датчык, распрацаваны Крэнфілдскім універсітэтам і NCC, выкарыстоўвае іншы падыход, у тым ліку дзве вітыя пары медных правадоў. Пры падачы напружання паміж правадамі ствараецца электрамагнітнае поле, якое выкарыстоўваецца для вымярэння супраціўлення смалы. Правады пакрытыя пакрыццём з ізаляцыйным палімерам, які не ўплывае на электрычнае поле, але прадухіляе замыканне вугляроднага валакна.
Вядома, кошт таксама з'яўляецца праблемай. Com&Sens сцвярджае, што сярэдні кошт адной кропкі выяўлення FBG складае 50-125 еўра, што можа знізіцца прыкладна да 25-35 еўра, калі выкарыстоўвацца партыямі (напрыклад, для 100 000 сасудаў пад ціскам).(Гэта толькі доля цяперашняй і прагназуемай магутнасці вытворчасці кампазітных сасудаў пад ціскам, гл. артыкул CW за 2021 г. пра вадарод.) Мегіт Карапапас кажа, што ён атрымліваў прапановы па валаконна-аптычных лініях з датчыкамі FBG у сярэднім па 250 фунтаў стэрлінгаў за датчык (≈300 еўра за датчык), запытальнік каштуе каля 10 000 фунтаў стэрлінгаў (12 000 еўра). «Лінейны дыэлектрычны датчык, які мы тэставалі, больш нагадваў датчык з пакрыццём. дрот, які вы можаце купіць з паліцы, - дадаў ён. - Дапытчык, які мы выкарыстоўваем, - дадае Алекс Скордас чытач (старэйшы навуковы супрацоўнік) у Composites Process Science ва Універсітэце Крэнфілда, «з'яўляецца аналізатарам імпедансу, які вельмі дакладны і каштуе не менш за 30 000 фунтаў стэрлінгаў [≈ 36 000 еўра], але NCC выкарыстоўвае значна больш просты запытальнік, які ў асноўным складаецца з -палічныя модулі ад камерцыйнай кампаніі Advise Deta [Бедфард, Вялікабрытанія]». Кампанія Synthesites прапануе 1190 еўра за датчыкі ў форму і 20 еўра за аднаразовыя датчыкі/датчыкі для дэталяў. У еўра Optiflow каштуе 3900 еўра, а Optimold — 7200 еўра, з павелічэннем скідак на некалькі аналізатараў. Гэтыя цэны ўключаюць праграмнае забеспячэнне Optiview і любое неабходную падтрымку, сказаў Панцелеліс, дадаўшы, што вытворцы ветраных лопасцяў эканомяць 1,5 гадзіны за цыкл, дадаюць лопасці за лінію ў месяц і скараціць спажыванне энергіі на 20 працэнтаў, акупляючы інвестыцыі толькі за чатыры месяцы.
Кампаніі, якія выкарыстоўваюць датчыкі, атрымаюць перавагу па меры развіцця лічбавай вытворчасці Composites 4.0. Напрыклад, кажа Грэгуар Бадуэн, дырэктар па развіцці бізнесу кампаніі Com&Sens: «Паколькі вытворцы сасудаў пад ціскам спрабуюць паменшыць вагу, выкарыстанне матэрыялаў і кошт, яны могуць выкарыстоўваць нашы датчыкі, каб абгрунтаваць гэта. іх праекты і кантраляваць вытворчасць па меры дасягнення неабходных узроўняў да 2030 г. Тыя ж датчыкі, якія выкарыстоўваюцца для ацэнкі ўзроўню дэфармацыі ў слаях падчас напальвання абмотка і лячэнне можа таксама кантраляваць цэласнасць бака на працягу тысяч цыклаў запраўкі, прагназаваць неабходнае тэхнічнае абслугоўванне і праходзіць паўторную сертыфікацыю ў канцы праектнага тэрміну службы. Мы можам Лічбавы двайны пул даных прадастаўляецца для кожнай вырабленай кампазітнай ёмістасці пад ціскам, і рашэнне таксама распрацоўваецца для спадарожнікаў».
Уключэнне лічбавых двайнікоў і патокаў Com&Sens супрацоўнічае з вытворцам кампазітных матэрыялаў, каб выкарыстоўваць яго валаконна-аптычныя датчыкі для забеспячэння патоку лічбавых даных праз праектаванне, вытворчасць і абслугоўванне (справа) для падтрымкі лічбавых ідэнтыфікацыйных карт, якія падтрымліваюць лічбавы двайнік кожнай зробленай дэталі (злева). Аўтар выявы: Com&Sens і малюнак 1, «Распрацоўка з лічбавымі патокамі» В. Сінгха, К. Уілкакса.
Такім чынам, даныя датчыка падтрымліваюць лічбавы двайнік, а таксама лічбавы паток, які ахоплівае праектаванне, вытворчасць, абслугоўванне і старэнне. Пры аналізе з выкарыстаннем штучнага інтэлекту і машыннага навучання гэтыя даныя вяртаюцца ў праектаванне і апрацоўку, паляпшаючы прадукцыйнасць і ўстойлівасць. Гэта таксама змяніла спосаб сумеснай працы ланцужкоў паставак. Напрыклад, вытворца клеяў Kiilto (Тампэрэ, Фінляндыя) выкарыстоўвае датчыкі Collo, каб дапамагчы сваім кліентам кантраляваць суадносіны кампаненты A, B і г.д. у іх шматкампанентным абсталяванні для змешвання клеяў. «Цяпер Kiilto можа наладжваць склад сваіх клеяў для індывідуальных кліентаў, - кажа Ярвеляйнен, - але гэта таксама дазваляе Kiilto зразумець, як смалы ўзаемадзейнічаюць у працэсах кліентаў, і як кліенты ўзаемадзейнічаюць з іх прадуктамі, што змяняе спосаб паставак. Ланцужкі могуць працаваць разам».
OPTO-Light выкарыстоўвае датчыкі Kistler, Netzsch і Synthesites для маніторынгу зацвярдзення дэталяў з тэрмапластычнага эпаксіднага вугляпластыку. Выява: AZL
Датчыкі таксама падтрымліваюць новыя інавацыйныя камбінацыі матэрыялаў і працэсаў. Кампанія AZL Aachen (Ахен, Германія), апісаная ў артыкуле CW за 2019 г. аб праекце OPTO-Light (гл. «Тэрмапластычныя тэрмарэактопласты, 2-хвілінны цыкл, адна батарэя»), выкарыстоўвае двухступеньчаты працэс для гарызантальнага сціску аднаго To (UD) вугляроднага валакна/эпаксіднага прэпрэга, затым пакрыты 30% армаваным кароткім шкловалакном PA6. Галоўнае - толькі часткова зацвярдзець прэпрэг, каб астатняя рэакцыйная здольнасць эпаксіднай смалы магла звязацца з тэрмапластам. AZL выкарыстоўвае аналізатары Optimold і Netzsch DEA288 Epsilon з дыэлектрычнымі датчыкамі Synthesites і Netzsch і Kistler датчыкі ў форме і праграмнае забеспячэнне DataFlow для аптымізацыі ліццё пад ціскам. «Вы павінны глыбока разумець працэс прэсавання прэпрэгаў, таму што вы павінны пераканацца, што разумееце стан отвержденія, каб дасягнуць добрага злучэння з тэрмапластычным ліццём», — тлумачыць інжынер-даследчык AZL Рычард Шарэс. «У будучыні працэс можа быць адаптыўным і разумным, кручэнне працэсу запускаецца сігналамі датчыкаў».
Тым не менш, ёсць фундаментальная праблема, кажа Ярвелайнен, «і гэта адсутнасць у кліентаў разумення таго, як інтэграваць гэтыя розныя датчыкі ў свае працэсы. У большасці кампаній няма экспертаў па датчыках». У цяперашні час шлях наперад патрабуе ад вытворцаў і кліентаў датчыкаў абменьвацца інфармацыяй паміж сабой. Такія арганізацыі, як AZL, DLR (Аўгсбург, Германія) і NCC, развіваюць вопыт у галіне некалькіх датчыкаў. Саўз сказаў, што ў UNA ёсць групы, а таксама аддзяленні кампаніі, якія прапануюць інтэграцыю датчыкаў і паслугі лічбавага двайніка. Ён дадаў, што вытворчая сетка Аўгсбурга AI арандавала для гэтай мэты аб'ект плошчай 7000 квадратных метраў, «пашыраючы План распрацоўкі CosiMo для вельмі шырокага аб'ёму, уключаючы звязаныя ячэйкі аўтаматызацыі, дзе прамысловыя партнёры могуць размяшчаць машыны, запускаць праекты і вучыцца інтэграваць новыя рашэнні штучнага інтэлекту».
Карапапас сказаў, што дэманстрацыя дыэлектрычнага датчыка Мегіта ў NCC была толькі першым крокам у гэтым. «У рэшце рэшт, я хачу кантраляваць свае працэсы і працоўныя працэсы і перадаваць іх у нашу сістэму ERP, каб загадзя ведаць, якія кампаненты вырабляць і якіх людзей трэба і якія матэрыялы замовіць. Развіваецца лічбавая аўтаматызацыя».
Сардэчна запрашаем у інтэрнэт-версію SourceBook, якая адпавядае штогадоваму друкаванаму выданню SourceBook Composites Industry Buyer's Guide для CompositesWorld.
Spirit AeroSystems укараняе разумны дызайн Airbus для цэнтральнага фюзеляжа і пярэдніх лонжеронаў A350 у Кінгстане, штат Паўночная Караліна
Час публікацыі: 20 мая 2022 г
