Sa paghahangad ng sustainability, binabawasan ng mga sensor ang mga oras ng pag-ikot, paggamit ng enerhiya at pag-aaksaya, pag-automate ng closed-loop na kontrol sa proseso at pagtaas ng kaalaman, na nagbubukas ng mga bagong posibilidad para sa matalinong pagmamanupaktura at mga istruktura.#sensors #sustainability #SHM
Mga sensor sa kaliwa (itaas hanggang ibaba): heat flux (TFX), in-mold dielectrics (Lambient), ultrasonics (University of Augsburg), disposable dielectrics (Synthesites) at sa pagitan ng mga pennies at thermocouples Microwire (AvPro).Mga Graph (itaas, clockwise): Collo dielectric constant (CP) versus Collo ionic viscosity (CIV), resin resistance versus time (Synthesites) at digital model ng caprolactam implanted preforms gamit ang electromagnetic sensors (CosiMo project, DLR ZLP , University of Augsburg).
Habang ang pandaigdigang industriya ay patuloy na umuusbong mula sa pandemya ng COVID-19, lumipat ito sa pagbibigay-priyoridad sa pagpapanatili, na nangangailangan ng pagbawas ng basura at pagkonsumo ng mga mapagkukunan (tulad ng enerhiya, tubig at mga materyales). Bilang resulta, ang pagmamanupaktura ay dapat na maging mas mahusay at mas matalino .Ngunit nangangailangan ito ng impormasyon.Para sa mga composite, saan nagmumula ang data na ito?
Gaya ng inilarawan sa serye ng mga artikulo ng 2020 Composites 4.0 ng CW, ang pagtukoy sa mga sukat na kailangan para mapahusay ang kalidad at produksyon ng bahagi, at ang mga sensor na kailangan para makamit ang mga sukat na iyon, ay ang unang hakbang sa matalinong pagmamanupaktura. Noong 2020 at 2021, nag-ulat ang CW sa mga sensor—dielectric mga sensor, heat flux sensor, fiber optic sensor, at non-contact sensor na gumagamit ng ultrasonic at electromagnetic wave—pati na rin ang mga proyektong nagpapakita ng kanilang mga kakayahan (tingnan ang online sensor content set ng CW). Bumuo ang artikulong ito sa ulat na ito sa pamamagitan ng pagtalakay sa mga sensor na ginamit sa composite materyales, ang kanilang mga ipinangakong benepisyo at hamon, at ang teknolohikal na tanawin sa ilalim ng pag-unlad. Kapansin-pansin, ang mga kumpanyang umuusbong bilang mga pinuno sa industriya ng mga composite ay naggalugad at nagna-navigate sa espasyong ito.
Sensor network sa CosiMo Isang network ng 74 na sensor – 57 sa mga ito ay mga ultrasonic sensor na binuo sa University of Augsburg (ipinapakita sa kanan, mapusyaw na asul na mga tuldok sa itaas at ibabang bahagi ng amag) – ay ginagamit para sa Lid demonstrator para sa T-RTM paghubog ng proyekto ng CosiMo para sa mga thermoplastic na composite na baterya. Credit ng larawan: proyekto ng CosiMo, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
Layunin #1: Makatipid ng pera. Ang blog ng CW noong Disyembre 2021, "Mga Custom na Ultrasonic Sensor para sa Composite Process Optimization at Control," ay naglalarawan sa trabaho sa University of Augsburg (UNA, Augsburg, Germany) upang bumuo ng isang network ng 74 na sensor na Para sa CosiMo proyektong gumawa ng EV battery cover demonstrator (composite materials sa matalinong transportasyon). Ang bahagi ay gawa gamit ang thermoplastic resin transfer molding (T-RTM), na nagpo-polymerize ng caprolactam monomer in situ sa isang polyamide 6 (PA6) composite.Markus Sause, Professor sa UNA at Pinuno ng UNA's Artificial Intelligence (AI) Production Network sa Augsburg, ay nagpapaliwanag kung bakit napakahalaga ng mga sensor: “Ang pinakamalaking bentahe na aming inaalok ay ang visualization ng kung ano ang nangyayari sa loob ng black box habang pinoproseso. Sa kasalukuyan, karamihan sa mga tagagawa ay may limitadong mga sistema upang makamit ito. Halimbawa, gumagamit sila ng napakasimple o partikular na mga sensor kapag gumagamit ng resin infusion upang gumawa ng malalaking bahagi ng aerospace. Kung mali ang proseso ng pagbubuhos, karaniwang mayroon kang isang malaking piraso ng scrap. Ngunit kung mayroon kang solusyon na mga solusyon upang maunawaan kung ano ang naging mali sa proseso ng produksyon at kung bakit, maaari mo itong ayusin at itama, na makakatipid sa iyo ng maraming pera."
Ang mga thermocouples ay isang halimbawa ng isang "simple o partikular na sensor" na ginamit sa loob ng mga dekada upang subaybayan ang temperatura ng mga composite laminate sa panahon ng autoclave o oven curing. Ginagamit pa ang mga ito upang kontrolin ang temperatura sa mga oven o heating blanket upang gamutin ang mga composite repair patch gamit ang thermal bonders. Gumagamit ang mga manufacturer ng resin ng iba't ibang sensor sa lab upang subaybayan ang mga pagbabago sa lagkit ng resin sa paglipas ng panahon at temperatura upang bumuo ng mga formulation ng lunas. Gayunpaman, ang umuusbong, ay isang sensor network na maaaring makita at makontrol ang proseso ng pagmamanupaktura sa lugar batay sa maramihang mga parameter (hal., temperatura at presyon) at ang estado ng materyal (hal., lagkit, pagsasama-sama, pagkikristal).
Halimbawa, ang ultrasonic sensor na binuo para sa proyekto ng CosiMo ay gumagamit ng parehong mga prinsipyo gaya ng ultrasonic inspection, na naging pangunahing batayan ng hindi mapanirang pagsubok (NDI) ng mga natapos na composite parts.Petros Karapapas, Principal Engineer sa Meggitt (Loughborough, UK), Sinabi: "Ang aming layunin ay upang mabawasan ang oras at paggawa na kinakailangan para sa post-production na inspeksyon ng mga hinaharap na bahagi habang kami ay sumusulong patungo sa digital na pagmamanupaktura." Pakikipagtulungan ng Materials Center (NCC, Bristol, UK) upang ipakita ang pagsubaybay ng isang Solvay (Alpharetta, GA, USA) EP 2400 ring sa panahon ng RTM gamit ang isang linear dielectric sensor na binuo sa Cranfield University (Cranfield, UK) Daloy at paggamot ng oxyresin para sa isang 1.3 m ang haba, 0.8 m ang lapad at 0.4 m ang malalim na composite shell para sa isang komersyal na aircraft engine heat exchanger. pagsubok sa bawat bahagi," sabi ni Karapapas. "Sa ngayon, gumagawa kami ng mga panel ng pagsubok sa tabi ng mga bahagi ng RTM na ito at pagkatapos ay gumagawa ng mekanikal na pagsubok upang mapatunayan ang ikot ng paggamot. Ngunit sa sensor na ito, hindi iyon kailangan."
Ang Collo Probe ay nakalubog sa sisidlan ng paghahalo ng pintura (berdeng bilog sa itaas) upang makita kung kumpleto na ang paghahalo, makatipid ng oras at enerhiya. Credit ng larawan: ColloidTek Oy
"Ang aming layunin ay hindi maging isa pang laboratoryo device, ngunit tumuon sa mga sistema ng produksyon," sabi ni Matti Järveläinen, CEO at founder ng ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finland). kumbinasyon ng mga electromagnetic field (EMF) sensor, pagpoproseso ng signal at pagsusuri ng data para sukatin ang "fingerprint" ng anumang likido gaya ng mga monomer, resin o adhesive . "Ang inaalok namin ay isang bagong teknolohiya na nagbibigay ng direktang feedback sa real time, para magawa mo mas mahusay na maunawaan kung paano gumagana ang iyong proseso at tumutugon kapag nagkamali," sabi ni Järveläinen. "Ang aming mga sensor ay nagko-convert ng real-time na data sa naiintindihan at naaaksyunan na mga pisikal na dami, tulad ng rheological viscosity, na nagbibigay-daan sa pag-optimize ng proseso. Halimbawa, maaari mong paikliin ang mga oras ng paghahalo dahil malinaw mong nakikita kung kumpleto na ang paghahalo. Samakatuwid, sa pamamagitan ng Iyong maaari mong pataasin ang pagiging produktibo, makatipid ng enerhiya at bawasan ang scrap kumpara sa hindi gaanong na-optimize na pagproseso."
Layunin #2: Dagdagan ang kaalaman sa proseso at visualization. Para sa mga proseso tulad ng pagsasama-sama, sabi ni Järveläinen, “Hindi ka nakakakita ng maraming impormasyon mula sa isang snapshot lamang. Kumukuha ka lang ng sample at papasok sa lab at tinitingnan kung ano ito ilang minuto o oras ang nakalipas. Ito ay tulad ng pagmamaneho sa highway, bawat oras Buksan ang iyong mga mata para sa isang minuto at subukang hulaan kung saan ang kalsada ay patungo." Sumasang-ayon si Sause, na binabanggit na ang network ng sensor na binuo sa CosiMo "ay tumutulong sa amin na makakuha ng kumpletong larawan ng proseso at materyal na pag-uugali. Makakakita tayo ng mga lokal na epekto sa proseso, bilang tugon sa Mga pagkakaiba-iba sa kapal ng bahagi o pinagsamang mga materyales gaya ng foam core. Ang sinusubukan naming gawin ay magbigay ng impormasyon tungkol sa kung ano talaga ang nangyayari sa amag. Nagbibigay-daan ito sa amin na matukoy ang iba't ibang impormasyon tulad ng hugis ng flow front, ang pagdating ng bawat part time at ang antas ng pagsasama-sama sa bawat lokasyon ng sensor."
Nakikipagtulungan si Collo sa mga tagagawa ng epoxy adhesive, pintura at maging ng beer para gumawa ng mga profile ng proseso para sa bawat batch na ginawa. Ngayon, makikita ng bawat manufacturer ang dynamics ng kanilang proseso at magtakda ng higit pang mga naka-optimize na parameter, na may mga alerto na mamagitan kapag wala sa detalye ang mga batch. Nakakatulong ito patatagin at pagbutihin ang kalidad.
Video ng flow front sa isang bahagi ng CosiMo (ang pasukan ng injection ay ang puting tuldok sa gitna) bilang isang function ng oras, batay sa data ng pagsukat mula sa isang in-mold na sensor network. Credit ng larawan: CosiMo project, DLR ZLP Augsburg, University of Augsburg
"Gusto kong malaman kung ano ang mangyayari sa panahon ng paggawa ng bahagi, hindi buksan ang kahon at tingnan kung ano ang mangyayari pagkatapos," sabi ng Karapapas ni Meggitt." upang mapatunayan ang pagkagaling ng dagta.” Gamit ang lahat ng anim na uri ng mga sensor na inilarawan sa ibaba (hindi isang kumpletong listahan, isang maliit na pagpipilian lamang, mga supplier, masyadong), ay maaaring masubaybayan ang paggamot/polymerization at daloy ng resin. Ang ilang mga sensor ay may karagdagang mga kakayahan, at ang pinagsamang mga uri ng sensor ay maaaring palawakin ang mga posibilidad sa pagsubaybay at visualization sa panahon ng composite molding.Ito ay ipinakita sa panahon ng CosiMo, na gumamit ng ultrasonic, dielectric at piezoresistive in-mode sensor para sa mga pagsukat ng temperatura at presyon ng Kistler (Winterthur, Switzerland).
Layunin #3: Bawasan ang oras ng pag-ikot. Masusukat ng mga sensor ng Collo ang pagkakapareho ng dalawang bahagi na mabilis na pagpapagaling ng epoxy habang ang mga bahagi A at B ay pinaghalo at ini-inject sa panahon ng RTM at sa bawat lokasyon sa molde kung saan inilalagay ang mga naturang sensor. Makakatulong ito sa paganahin mas mabilis na pagpapagaling ng mga resin para sa mga application gaya ng Urban Air Mobility (UAM), na magbibigay ng mas mabilis na mga cure cycle kumpara sa kasalukuyang one-part epoxies gaya ng RTM6.
Ang mga sensor ng Collo ay maaari ding subaybayan at i-visualize ang epoxy na na-degas, na-inject at na-cure, at kapag kumpleto na ang bawat proseso. (MSM).Ang mga kumpanya tulad ng AvPro (Norman, Oklahoma, USA) ay nagsusumikap sa MSM sa loob ng mga dekada upang subaybayan ang mga pagbabago sa mga bahaging materyales at proseso habang hinahabol nito ang mga partikular na target para sa glass transition temperature (Tg), lagkit, polymerization at/o crystallization .Halimbawa, ginamit ang isang network ng mga sensor at digital analysis sa CosiMo upang matukoy ang minimum na oras na kinakailangan upang painitin ang RTM press at molde at nalaman na 96% ng maximum na polymerization ay nakamit sa loob ng 4.5 minuto.
Ang mga supplier ng dielectric sensor gaya ng Lambient Technologies (Cambridge, MA, USA), Netzsch (Selb, Germany) at Synthesites (Uccle, Belgium) ay nagpakita rin ng kanilang kakayahan na bawasan ang mga oras ng pag-ikot. Proyekto ng R&D ng Synthesites kasama ang mga composite na manufacturer na Hutchinson (Paris, France ) at Bombardier Belfast (ngayon ay Spirit AeroSystems (Belfast, Ireland)) ay nag-uulat na batay sa real-time na mga sukat ng resin resistance at temperatura, sa pamamagitan ng Optimold data acquisition unit nito at Optiview Software ay nagko-convert sa tinantyang lagkit at Tg.“Makikita ng mga tagagawa ang Tg. sa real time, para makapagpasya sila kung kailan ititigil ang curing cycle,” paliwanag ni Nikos Pantelelis, Direktor ng Synthesites. “Hindi nila kailangang maghintay para makumpleto ang isang carryover cycle na mas mahaba kaysa sa kinakailangan. Halimbawa, ang tradisyunal na cycle para sa RTM6 ay isang 2 oras na buong lunas sa 180°C. Nakita namin na maaari itong paikliin sa 70 minuto sa ilang mga geometries. Ipinakita rin ito sa proyekto ng INNOTOOL 4.0 (tingnan ang "Accelerating RTM with Heat Flux Sensors"), kung saan pinaikli ng paggamit ng heat flux sensor ang RTM6 cure cycle mula 120 minuto hanggang 90 minuto.
Layunin #4: Closed-loop na kontrol ng mga adaptive na proseso. Para sa proyekto ng CosiMo, ang pinakalayunin ay i-automate ang closed-loop na kontrol sa panahon ng paggawa ng mga composite parts. Ito rin ang layunin ng mga proyekto ng ZAero at iComposite 4.0 na iniulat ng CW sa 2020 (30-50% na pagbawas sa gastos).Tandaan na ang mga ito ay nagsasangkot ng iba't ibang proseso – automated na paglalagay ng prepreg tape (ZAero) at fiber spray preforming kumpara sa high pressure T-RTM sa CosiMo para sa RTM na may mabilis na curing epoxy (iComposite 4.0). sa mga proyektong ito ay gumagamit ng mga sensor na may mga digital na modelo at algorithm upang gayahin ang proseso at hulaan ang kinalabasan ng natapos na bahagi.
Ang kontrol sa proseso ay maaaring isipin bilang isang serye ng mga hakbang, ipinaliwanag ni Sause. Ang unang hakbang ay ang pagsamahin ang mga sensor at kagamitan sa proseso, aniya, “upang makita kung ano ang nangyayari sa black box at ang mga parameter na gagamitin. Ang iba pang ilang hakbang, marahil kalahati ng closed-loop na kontrol, ay nagagawang itulak ang stop button upang makialam, Ibagay ang proseso at maiwasan ang mga tinanggihang bahagi. Bilang pangwakas na hakbang, maaari kang bumuo ng isang digital twin, na maaaring awtomatiko, ngunit nangangailangan din ng pamumuhunan sa mga pamamaraan ng machine learning." Sa CosiMo, binibigyang-daan ng pamumuhunang ito ang mga sensor na mag-feed ng data sa digital twin, ang pagsusuri sa Edge (mga kalkulasyon na isinagawa sa gilid ng linya ng produksyon kumpara sa mga kalkulasyon mula sa isang sentral na imbakan ng data) ay pagkatapos ay ginagamit upang mahulaan ang daloy ng front dynamics, dami ng hibla na nilalaman sa bawat preform ng tela at mga potensyal na tuyong lugar."Sa isip, maaari kang magtatag ng mga setting upang paganahin ang closed-loop na kontrol at pag-tune sa proseso," sabi ni Sause. "Kabilang dito ang mga parameter tulad ng presyon ng iniksyon, presyon ng amag at temperatura. Magagamit mo rin ang impormasyong ito para i-optimize ang iyong materyal.”
Sa paggawa nito, ang mga kumpanya ay gumagamit ng mga sensor upang i-automate ang mga proseso. Halimbawa, ang Synthesites ay nakikipagtulungan sa mga customer nito upang isama ang mga sensor sa kagamitan upang isara ang inlet ng resin kapag kumpleto ang pagbubuhos, o i-on ang heat press kapag nakamit ang target na lunas.
Sinabi ni Järveläinen na para matukoy kung aling sensor ang pinakamainam para sa bawat kaso ng paggamit, "kailangan mong maunawaan kung anong mga pagbabago sa materyal at proseso ang gusto mong subaybayan, at pagkatapos ay kailangan mong magkaroon ng analyzer." Kinukuha ng isang analyzer ang data na nakolekta ng isang interogator o data acquisition unit. raw data at i-convert ito sa impormasyong magagamit ng tagagawa."Nakikita mo talaga ang maraming kumpanya na nagsasama ng mga sensor, ngunit pagkatapos ay wala silang ginagawa sa data," sabi ni Sause. Ang kailangan, ipinaliwanag niya, ay "isang sistema ng data acquisition, pati na rin ang arkitektura ng pag-iimbak ng data upang maproseso ang data."
"Ang mga end user ay hindi lang gustong makakita ng raw data," sabi ni Järveläinen."Gusto nilang malaman, 'Na-optimize ba ang proseso?'" Kailan maaaring gawin ang susunod na hakbang?"Upang magawa ito, kailangan mong pagsamahin ang maraming sensor para sa pagsusuri, at pagkatapos ay gumamit ng machine learning para mapabilis ang proseso.” Ang edge analysis at machine learning approach na ito na ginagamit ng Collo at CosiMo team ay maaaring makamit sa pamamagitan ng viscosity maps, numerical models ng resin flow front, at Ang kakayahang makontrol sa huli ang mga parameter ng proseso at makinarya ay nakikita.
Ang Optimold ay isang analyzer na binuo ng Synthesites para sa mga dielectric sensor nito. Kinokontrol ng Synthesites' Optiview software, ang Optimold unit ay gumagamit ng temperature at resin resistance measurements para kalkulahin at ipakita ang mga real-time na graph para masubaybayan ang resin status kabilang ang mix ratio, chemical aging, lagkit, Tg at antas ng lunas.Maaari itong gamitin sa mga proseso ng prepreg at likidong bumubuo.Ang isang hiwalay na unit na Optiflow ay ginagamit para sa pagsubaybay sa daloy.Nakagawa din ang Synthesites ng curing simulator na hindi nangangailangan ng curing sensor sa molde o bahagi, ngunit sa halip ay gumagamit ng isang sensor ng temperatura at mga sample ng resin/prepreg sa unit ng analyzer na ito. "Ginagamit namin ang makabagong pamamaraan na ito para sa pagbubuhos at pandikit na paggamot para sa paggawa ng blade ng wind turbine," sabi ni Nikos Pantelelis, Direktor ng Synthestes.
Pinagsasama ng Synthesites process control systems ang mga sensor, Optiflow at/o Optimold data acquisition units, at OptiView at/o Online Resin Status (ORS) software. Credit ng larawan: Synthesites, na-edit ng The CW
Samakatuwid, karamihan sa mga supplier ng sensor ay nakabuo ng kanilang sariling mga analyzer, ang ilan ay gumagamit ng machine learning at ang ilan ay hindi. Ngunit ang mga composite na manufacturer ay maaari ding bumuo ng kanilang sariling mga custom na system o bumili ng mga off-the-shelf na instrumento at baguhin ang mga ito upang matugunan ang mga partikular na pangangailangan. Gayunpaman, ang kakayahan ng analyzer ay isang salik lamang ang dapat isaalang-alang.Marami pang iba.
Ang contact ay isa ring mahalagang pagsasaalang-alang kapag pumipili kung aling sensor ang gagamitin. Maaaring kailangang makipag-ugnayan ang sensor sa materyal, sa interogator, o pareho. Halimbawa, ang heat flux at ultrasonic sensor ay maaaring ipasok sa isang RTM mold na 1-20mm mula sa ibabaw – ang tumpak na pagsubaybay ay hindi nangangailangan ng pakikipag-ugnay sa materyal sa amag. Ang mga ultrasoniko na sensor ay maaari ding mag-interrogate ng mga bahagi sa iba't ibang lalim depende sa dalas na ginamit. Ang Collo electromagnetic sensor ay maaari ding magbasa ng lalim ng mga likido o mga bahagi – 2-10 cm, depende sa dalas ng interogasyon – at sa pamamagitan ng mga non-metallic na lalagyan o mga tool na nakikipag-ugnayan sa resin.
Gayunpaman, ang mga magnetic microwire (tingnan ang "Non-contact monitoring ng temperatura at presyon sa loob ng mga composite") ay kasalukuyang ang tanging mga sensor na may kakayahang mag-interogate ng mga composite sa layong 10 cm. Iyon ay dahil gumagamit ito ng electromagnetic induction upang makakuha ng tugon mula sa sensor, na kung saan ay naka-embed sa composite material. Ang ThermoPulse microwire sensor ng AvPro, na naka-embed sa adhesive bond layer, ay na-interogate sa pamamagitan ng 25mm makapal na carbon fiber laminate upang sukatin ang temperatura sa panahon ng proseso ng pagbubuklod. Dahil ang mga microwire ay may balbon na diameter na 3-70 microns, hindi sila nakakaapekto sa composite o bondline performance. Sa bahagyang mas malaking diameter na 100-200 microns, ang mga fiber optic sensor ay maaari ding i-embed nang hindi nakakasira ng mga katangian ng istruktura.Gayunpaman, dahil gumagamit sila ng liwanag sa pagsukat, ang mga fiber optic sensor ay dapat na may wired na koneksyon sa interogator.Gayundin, dahil ang mga dielectric sensor ay gumagamit ng boltahe upang sukatin ang mga katangian ng resin, dapat din silang konektado sa isang interogator, at ang karamihan ay dapat ding nakikipag-ugnayan sa resin na kanilang sinusubaybayan.
Ang Collo Probe (itaas) na sensor ay maaaring ilubog sa mga likido, habang ang Collo Plate (ibaba) ay naka-install sa dingding ng isang sisidlan/mixing vessel o proseso ng piping/feed line. Credit ng larawan: ColloidTek Oy
Ang kakayahan sa temperatura ng sensor ay isa pang mahalagang pagsasaalang-alang. Halimbawa, karamihan sa mga off-the-shelf na ultrasonic sensor ay karaniwang gumagana sa mga temperaturang hanggang 150°C, ngunit ang mga bahagi sa CosiMo ay kailangang mabuo sa mga temperaturang higit sa 200°C. Samakatuwid, UNA kailangang magdisenyo ng ultrasonic sensor na may ganitong kakayahan. Maaaring gamitin ang mga disposable dielectric sensor ng Lambient sa mga bahaging ibabaw hanggang sa 350°C, at ang magagamit muli nitong in-mold sensor ay maaaring gamitin hanggang 250°C. Ang RVmagnetics (Kosice, Slovakia) ay nabuo ang microwire sensor nito para sa mga composite na materyales na makatiis sa curing sa 500°C. Bagama't ang teknolohiya ng Collo sensor mismo ay walang teoretikal na limitasyon sa temperatura, ang tempered glass shield para sa Collo Plate at ang bagong polyetheretherketone (PEEK) housing para sa Collo Probe ay parehong nasubok para sa tuluy-tuloy na tungkulin sa 150°C, ayon kay Järveläinen. Samantala, gumamit ang PhotonFirst (Alkmaar, The Netherlands) ng polyimide coating upang magbigay ng operating temperature na 350°C para sa fiber optic sensor nito para sa proyekto ng SuCoHS, para sa isang sustainable at cost- epektibong high-temperature composite.
Isa pang salik na dapat isaalang-alang, lalo na para sa pag-install, ay kung ang sensor ay sumusukat sa isang punto o isang linear sensor na may maraming sensing point. Halimbawa, ang Com&Sens (Eke, Belgium) fiber optic sensor ay maaaring hanggang 100 metro ang haba at tampok hanggang 40 fiber Bragg grating (FBG) sensing point na may minimum na spacing na 1 cm.Ginamit ang mga sensor na ito para sa structural health monitoring (SHM) ng 66-meter-long composite bridges at pagsubaybay sa daloy ng resin sa panahon ng pagbubuhos ng malalaking bridge deck.Pag-install ang mga indibidwal na point sensor para sa naturang proyekto ay mangangailangan ng malaking bilang ng mga sensor at maraming oras sa pag-install. Ang NCC at Cranfield University ay nag-aangkin ng magkatulad na mga pakinabang para sa kanilang mga linear dielectric sensor. Kung ikukumpara sa mga single-point na dielectric sensor na inaalok ng Lambient, Netzsch at Synthesites, " Gamit ang aming linear sensor, maaari naming subaybayan ang daloy ng resin nang tuluy-tuloy sa haba, na makabuluhang binabawasan ang bilang ng mga sensor na kinakailangan sa bahagi o tool."
AFP NLR para sa Fiber Optic Sensors Isang espesyal na unit ang isinama sa ika-8 channel ng Coriolis AFP head upang ilagay ang apat na fiber optic sensor arrays sa isang mataas na temperatura, carbon fiber reinforced composite test panel. Credit ng larawan: SuCoHS Project, NLR
Tumutulong din ang mga linear sensor na i-automate ang mga pag-install. Sa proyekto ng SuCoHS, ang Royal NLR (Dutch Aerospace Centre, Marknesse) ay bumuo ng isang espesyal na yunit na isinama sa 8th channel na Automated Fiber Placement (AFP) head ng Coriolis Composites (Queven, France) para mag-embed ng Apat na array ( magkahiwalay na mga linya ng fiber optic), bawat isa ay may 5 hanggang 6 na FBG sensor (Nag-aalok ang PhotoFirst ng kabuuang 23 sensor), sa mga panel ng pagsubok ng carbon fiber. Inilagay ng RVmagnetics ang mga microwire sensor nito sa pultruded na GFRP rebar.” Ang mga wire ay hindi nagpapatuloy [1-4 cm matagal para sa karamihan ng mga composite microwires], ngunit awtomatikong inilalagay nang tuluy-tuloy kapag ginawa ang rebar," sabi ni Ratislav Varga, co-founder ng RVmagnetics. “Mayroon kang microwire na may 1km microwire. mga coils ng filament at ipakain ito sa rebar production facility nang hindi binabago ang paraan ng paggawa ng rebar." Samantala, ang Com&Sens ay nagtatrabaho sa automated na teknolohiya upang mag-embed ng mga fiber-optic sensor sa panahon ng proseso ng filament winding sa mga pressure vessel.
Dahil sa kakayahang mag-conduct ng kuryente, ang carbon fiber ay maaaring magdulot ng mga problema sa mga dielectric sensor. Ang mga dielectric sensor ay gumagamit ng dalawang electrodes na inilagay malapit sa isa't isa."Kung ang mga fibers ay nagtulay sa mga electrodes, sila ay nag-short-circuit ng sensor," paliwanag ng tagapagtatag ng Lambient na si Huan Lee. Sa kasong ito, gumamit ng filter."Hinahayaan ng filter ang resin na dumaan sa mga sensor, ngunit ini-insulate ang mga ito mula sa carbon fiber." Ang linear dielectric sensor na binuo ng Cranfield University at NCC ay gumagamit ng ibang diskarte, kabilang ang dalawang pinaikot na pares ng mga wire na tanso. Kapag ang boltahe ay inilapat, isang electromagnetic field ay nilikha sa pagitan ng mga wire, na ginagamit upang masukat ang resin impedance. Ang mga wire ay pinahiran na may insulating polymer na hindi nakakaapekto sa electric field, ngunit pinipigilan ang carbon fiber mula sa shorting out.
Siyempre, ang gastos ay isa ring isyu. Isinasaad ng Com&Sens na ang average na gastos sa bawat FBG sensing point ay 50-125 euros, na maaaring bumaba sa humigit-kumulang 25-35 euros kung gagamitin sa mga batch (hal, para sa 100,000 pressure vessel).(Ito ay fraction lamang ng kasalukuyan at inaasahang kapasidad ng produksyon ng mga composite pressure vessel, tingnan ang artikulo ng CW's 2021 tungkol sa hydrogen.) Sinabi ng Karapapas ni Meggitt na nakatanggap siya ng mga alok para sa mga fiber optic na linya na may mga FBG sensor na may average na £250/sensor (≈300€/sensor), ang interogator ay nagkakahalaga ng humigit-kumulang £10,000 (€12,000)."Ang linear dielectric sensor na sinubukan namin ay mas katulad ng isang coated wire na maaari mong bilhin mula sa istante," dagdag niya."Ang interogator na ginagamit namin," dagdag ni Alex Skordos, mambabasa ( senior researcher) sa Composites Process Science sa Cranfield University, "ay isang impedance analyzer, na napakatumpak at nagkakahalaga ng hindi bababa sa £30,000 [≈ €36,000], Ngunit ang NCC ay gumagamit ng mas simpleng interogator na karaniwang binubuo ng off-the-shelf mga module mula sa komersyal na kumpanyang Advise Deta [Bedford, UK].” Ang Synthesites ay sumipi ng €1,190 para sa in-mold sensor at €20 para sa single-use/part sensor Sa EUR, Optiflow ay naka-quote sa EUR 3,900 at Optimold sa EUR 7,200, na may tumataas na mga diskwento para sa maramihang mga analyzer unit. Kasama sa mga presyong ito ang Optiview software at anumang kinakailangang suporta, sinabi ni Pantelelis, na idinagdag na ang mga tagagawa ng wind blade ay nakakatipid ng 1.5 oras bawat cycle, magdagdag ng mga blades bawat linya bawat buwan, at bawasan ang paggamit ng enerhiya ng 20 porsiyento, na may return on investment na apat na buwan lamang.
Ang mga kumpanyang gumagamit ng mga sensor ay magkakaroon ng kalamangan habang umuusbong ang mga composite 4.0 digital manufacturing. Halimbawa, sabi ni Grégoire Beauduin, Direktor ng Business Development sa Com&Sens, "Habang sinusubukan ng mga tagagawa ng pressure vessel na bawasan ang timbang, paggamit ng materyal at gastos, maaari nilang gamitin ang aming mga sensor upang bigyang-katwiran kanilang mga disenyo at sinusubaybayan ang produksyon kapag naabot nila ang mga kinakailangang antas sa 2030. Ang parehong mga sensor na ginamit upang masuri ang mga antas ng strain sa loob ng mga layer sa panahon ng filament winding at curing ay maaari ding subaybayan ang integridad ng tangke sa panahon ng libu-libong mga cycle ng pag-refueling, hulaan ang kinakailangang pagpapanatili at muling sertipikado sa pagtatapos ng disenyo buhay. We can Ang isang digital twin data pool ay ibinibigay para sa bawat composite pressure vessel na ginawa, at ang solusyon ay ginagawa din para sa mga satellite."
Ang pagpapagana ng mga digital twin at thread ay nakikipagtulungan ang Com&Sens sa isang composites na manufacturer para gamitin ang mga fiber optic sensor nito para paganahin ang daloy ng digital na data sa pamamagitan ng disenyo, produksyon at serbisyo (kanan) para suportahan ang mga digital ID card na sumusuporta sa digital twin ng bawat bahagi (kaliwa) na ginawa. Credit ng larawan: Com&Sens at Figure 1, “Engineering with Digital Threads” ni V. Singh, K. Wilcox.
Kaya, sinusuportahan ng data ng sensor ang digital twin, gayundin ang digital thread na sumasaklaw sa disenyo, produksyon, mga pagpapatakbo ng serbisyo at pagkaluma. Kapag sinusuri gamit ang artificial intelligence at machine learning, ang data na ito ay bumabalik sa disenyo at pagproseso, pagpapabuti ng pagganap at pagpapanatili. binago din ang paraan ng pagtutulungan ng mga supply chain.Halimbawa, ang tagagawa ng pandikit na Kiilto (Tampere, Finland) ay gumagamit ng mga sensor ng Collo upang tulungan ang mga customer nito na kontrolin ang ratio ng mga bahagi A, B, atbp. sa kanilang multi-component adhesive mixing equipment."Kiilto maaari na ngayong ayusin ang komposisyon ng mga adhesive nito para sa mga indibidwal na customer,” sabi ni Järveläinen, “ngunit pinapayagan din nito ang Kiilto na maunawaan kung paano nakikipag-ugnayan ang mga resin sa mga proseso ng mga customer, at kung paano nakikipag-ugnayan ang mga customer sa kanilang mga produkto, na nagbabago kung paano ginagawa ang supply. Ang mga kadena ay maaaring magtulungan."
Ang OPTO-Light ay gumagamit ng Kistler, Netzsch at Synthesites sensors para subaybayan ang curing para sa thermoplastic overmolded epoxy CFRP parts.Image credit: AZL
Sinusuportahan din ng mga sensor ang mga makabagong kumbinasyon ng materyal at proseso. Inilarawan sa 2019 na artikulo ng CW sa proyektong OPTO-Light (tingnan ang "Thermoplastic Overmolding Thermoset, 2-Minute Cycle, One Battery"), ang AZL Aachen (Aachen, Germany) ay gumagamit ng dalawang hakbang proseso upang pahalang na i-compress ang isang solong To (UD) carbon fiber/epoxy prepreg, pagkatapos ay i-overmolded na may 30% short glass fiber reinforced PA6. Ang susi ay bahagyang gamutin ang prepreg upang ang natitirang reaktibiti sa epoxy ay ma-enable ang bonding sa thermoplastic Gumagamit ang AZL ng Optimold at Netzsch DEA288 Epsilon analyzers na may Synthesites at Netzsch dielectric sensors at Kistler in-mold sensor at DataFlow software para ma-optimize ang injection molding." Kailangan mong magkaroon ng malalim na pag-unawa sa proseso ng prepreg compression molding dahil kailangan mong tiyakin na maunawaan ang estado ng lunas upang makamit ang isang mahusay na koneksyon sa thermoplastic overmolding," paliwanag ng AZL research engineer na si Richard Schares. "Sa hinaharap, ang proseso ay maaaring adaptive At matalino, ang pag-ikot ng proseso ay na-trigger ng mga signal ng sensor."
Gayunpaman, mayroong isang pangunahing problema, sabi ni Järveläinen, "at iyon ay ang kakulangan ng pag-unawa ng mga customer kung paano isama ang iba't ibang mga sensor na ito sa kanilang mga proseso. Karamihan sa mga kumpanya ay walang mga eksperto sa sensor." Sa kasalukuyan, ang paraan ng pasulong ay nangangailangan ng mga tagagawa ng sensor at mga customer Magpalitan ng impormasyon pabalik-balik.Ang mga organisasyon tulad ng AZL, DLR (Augsburg, Germany) at NCC ay bumubuo ng multi-sensor na kadalubhasaan. Sinabi ni Sause na mayroong mga grupo sa loob ng UNA, pati na rin ang spin-off mga kumpanyang nag-aalok ng sensor integration at digital twin services. Idinagdag niya na ang Augsburg AI production network ay nagrenta ng 7,000 metro kuwadrado na pasilidad para sa layuning ito, "pagpapalawak ng development blueprint ng CosiMo sa isang napakalawak na saklaw, kabilang ang mga naka-link na mga automation cell, kung saan ang mga kasosyo sa industriya maaaring Maglagay ng mga makina, magpatakbo ng mga proyekto at matutunan kung paano isama ang mga bagong solusyon sa AI."
Sinabi ni Carapappas na ang pagpapakita ng dielectric sensor ng Meggitt sa NCC ay ang unang hakbang pa lamang. kailangan at kung aling mga materyales ang iuutos. Nabubuo ang digital automation.”
Maligayang pagdating sa online na SourceBook, na tumutugma sa taunang print na edisyon ng CompositesWorld ng SourceBook Composites Industry Buyer's Guide.
Ang Spirit AeroSystems ay Nagpapatupad ng Airbus Smart Design para sa A350 Center Fuselage at Front Spars sa Kingston, NC
Oras ng post: Mayo-20-2022
