V prizadevanju za trajnost senzorji skrajšajo čase ciklov, porabo energije in odpadke, avtomatizirajo krmiljenje procesov z zaprto zanko in povečajo znanje ter odpirajo nove možnosti za pametno proizvodnjo in strukture. #senzorji #trajnost #SHM
Senzorji na levi (od zgoraj navzdol): toplotni tok (TFX), dielektriki v kalupu (Lambient), ultrazvok (Univerza v Augsburgu), dielektriki za enkratno uporabo (Synthesites) in med peni in termočleni Microwire (AvPro). Grafi (zgoraj, v smeri urinega kazalca): Collo dielektrična konstanta (CP) proti Collo ionski viskoznosti (CIV), odpornost na smolo glede na čas (Synthesites) in digitalni model kaprolaktamskih implantiranih predoblik z uporabo elektromagnetnih senzorjev (projekt CosiMo, DLR ZLP, Univerza v Augsburgu).
Ko svetovna industrija še naprej izhaja iz pandemije COVID-19, se je preusmerila k dajanju prednosti trajnosti, kar zahteva zmanjšanje odpadkov in porabe virov (kot so energija, voda in materiali). Posledično mora proizvodnja postati učinkovitejša in pametnejša .Toda za to so potrebne informacije. Od kod prihajajo ti podatki za kompozite?
Kot je opisano v seriji člankov CW 2020 Composites 4.0, je opredelitev meritev, potrebnih za izboljšanje kakovosti delov in proizvodnje ter senzorjev, potrebnih za doseganje teh meritev, prvi korak v pametni proizvodnji. V letih 2020 in 2021 je CW poročal o senzorjih – dielektrični senzorji, senzorji toplotnega toka, senzorji z optičnimi vlakni in brezkontaktni senzorji z uporabo ultrazvoka in elektromagnetnih valov—kot tudi projekti, ki prikazujejo njihove zmogljivosti (oglejte si nabor spletnih vsebin senzorjev CW). Ta članek temelji na tem poročilu z razpravo o senzorjih, ki se uporabljajo v kompozitnih materialih, njihovih obljubljenih prednostih in izzivih ter tehnološkem okolju v razvoju. Predvsem podjetja ki se pojavljajo kot vodilni v industriji kompozitov, že raziskujejo in krmarijo po tem prostoru.
Mreža senzorjev v CosiMo Mreža 74 senzorjev – od katerih je 57 ultrazvočnih senzorjev, razvitih na Univerzi v Augsburgu (prikazano na desni, svetlo modre pike v zgornji in spodnji polovici kalupa) – se uporablja za demonstrator pokrova za T-RTM. oblikovanje projekta CosiMo za termoplastične kompozitne baterije. Avtorstvo slike: projekt CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Univerza v Augsburgu
Cilj št. 1: Prihranite denar. Blog CW-ja iz decembra 2021 z naslovom »Ultrazvočni senzorji po meri za optimizacijo in nadzor kompozitnih procesov« opisuje delo na Univerzi v Augsburgu (UNA, Augsburg, Nemčija) za razvoj mreže 74 senzorjev, ki Za CosiMo projekt za izdelavo demonstratorja pokrova akumulatorja EV (kompozitni materiali v pametnem transportu). Del je izdelan z uporabo termoplastične smole za prenos (T-RTM), ki polimerizira monomer kaprolaktama in situ v kompozit poliamida 6 (PA6). Markus Sause, profesor na univerzi UNA in vodja proizvodne mreže UNA za umetno inteligenco (AI) v Augsburgu, pojasnjuje, zakaj so senzorji tako pomembni: » Največja prednost, ki jo ponujamo, je vizualizacija dogajanja znotraj črne skrinjice med obdelavo. Trenutno ima večina proizvajalcev omejene sisteme za doseganje tega. Na primer, uporabljajo zelo preproste ali posebne senzorje, ko uporabljajo smolno infuzijo za izdelavo velikih letalskih delov. Če gre postopek infuzije narobe, imate v bistvu velik kos odpadkov. Če pa imate rešitev, s katero boste razumeli, kaj je šlo narobe v proizvodnem procesu in zakaj, lahko to popravite in popravite ter tako prihranite veliko denarja.«
Termočleni so primer "preprostega ali posebnega senzorja", ki se že desetletja uporablja za spremljanje temperature kompozitnih laminatov med strjevanjem v avtoklavu ali pečici. Uporabljajo se celo za nadzor temperature v pečicah ali grelnih odejah za strjevanje kompozitnih obližev za popravilo z uporabo termični spoji. Proizvajalci smol uporabljajo različne senzorje v laboratoriju za spremljanje sprememb viskoznosti smole skozi čas in temperaturo, da razvijejo strjevanje Kar pa se pojavlja, je mreža senzorjev, ki lahko vizualizira in nadzoruje proizvodni proces in situ na podlagi več parametrov (npr. temperatura in tlak) in stanja materiala (npr. viskoznost, agregacija, kristalizacija).
Na primer, ultrazvočni senzor, razvit za projekt CosiMo, uporablja enaka načela kot ultrazvočni pregled, ki je postal temelj nedestruktivnega testiranja (NDI) končnih kompozitnih delov. Petros Karapapas, glavni inženir pri Meggitt (Loughborough, Združeno kraljestvo), je dejal: »Naš cilj je čim bolj zmanjšati čas in delo, potrebno za postprodukcijsko kontrolo prihodnjih komponent, ko se premikamo proti digitalnemu proizvodnja." Sodelovanje Centra za materiale (NCC, Bristol, Združeno kraljestvo) za prikaz spremljanja obroča Solvay (Alpharetta, GA, ZDA) EP 2400 med RTM z uporabo linearnega dielektričnega senzorja, razvitega na Univerzi Cranfield (Cranfield, Združeno kraljestvo). Pretok in utrjevanje oksismole za 1,3 m dolga, 0,8 m široka in 0,4 m globoka kompozitna lupina za reklamo toplotni izmenjevalnik letalskega motorja. »Ko smo iskali, kako izdelati večje sklope z višjo produktivnostjo, si nismo mogli privoščiti vseh tradicionalnih pregledov po obdelavi in testiranja vsakega dela,« je dejal Karapapas.« Trenutno izvajamo test plošče poleg teh delov RTM in nato opravite mehansko testiranje za potrditev cikla strjevanja. Toda s tem senzorjem to ni potrebno.”
Sonda Collo je potopljena v posodo za mešanje barve (zelen krog na vrhu), da zazna, kdaj je mešanje končano, s čimer prihrani čas in energijo. Avtor slike: ColloidTek Oy
»Naš cilj ni biti še ena laboratorijska naprava, ampak se osredotočiti na proizvodne sisteme,« pravi Matti Järveläinen, izvršni direktor in ustanovitelj podjetja ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finska). Blog CW januarja 2022 »Fingerprint Liquids for Composites« raziskuje Collo's kombinacija senzorjev elektromagnetnega polja (EMF), obdelave signalov in analize podatkov za merjenje "prstnega odtisa" katere koli tekočine, kot je npr. monomerov, smol ali lepil. »Kar ponujamo, je nova tehnologija, ki zagotavlja neposredne povratne informacije v realnem času, tako da lahko bolje razumete, kako vaš proces dejansko deluje, in se odzovete, ko gre kaj narobe,« pravi Järveläinen. »Naši senzorji pretvarjajo realne časovne podatke v razumljive in uporabne fizikalne količine, kot je reološka viskoznost, ki omogočajo optimizacijo procesa. Na primer, lahko skrajšate čas mešanja, saj lahko jasno vidite, kdaj je mešanje končano. Zato lahko z You povečate produktivnost, prihranite energijo in zmanjšate ostanke v primerjavi z manj optimizirano obdelavo.«
Cilj št. 2: Povečanje znanja o procesu in vizualizacije. Za procese, kot je združevanje, Järveläinen pravi: »Samo iz posnetka ne vidite veliko informacij. Samo vzameš vzorec in greš v laboratorij ter pogledaš, kako je bilo pred nekaj minutami ali urami. To je kot vožnja po avtocesti, vsako uro odprite oči za minuto in poskušajte predvideti, kam pelje cesta.” Sause se strinja in ugotavlja, da nam mreža senzorjev, razvita v CosiMo, »pomaga dobiti popolno sliko procesa in obnašanja materiala. V procesu lahko opazimo lokalne učinke kot odziv na spremembe v debelini delov ali integriranih materialih, kot je jedro iz pene. Kar poskušamo storiti, je zagotoviti informacije o tem, kaj se dejansko dogaja v kalupu. To nam omogoča, da določimo različne informacije, kot je oblika fronte toka, prihod vsakega delnega časa in stopnja agregacije na vsaki lokaciji senzorja.
Collo sodeluje s proizvajalci epoksidnih lepil, barv in celo piva, da ustvari profile procesa za vsako proizvedeno serijo. Zdaj si lahko vsak proizvajalec ogleda dinamiko svojega procesa in nastavi bolj optimizirane parametre, z opozorili za posredovanje, ko serije niso v skladu s specifikacijami. To pomaga stabilizirati in izboljšati kakovost.
Videoposnetek fronte toka v delu CosiMo (vhod za vbrizgavanje je bela pika v sredini) kot funkcija časa, ki temelji na merilnih podatkih iz omrežja senzorjev v kalupu. Avtorstvo slike: projekt CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Univerza v Augsburg
»Želim vedeti, kaj se zgodi med izdelavo delov, ne pa odpreti škatle in videti, kaj se zgodi pozneje,« pravi Meggittov Karapapas.« Izdelki, ki smo jih razvili z uporabo Cranfieldovih dielektričnih senzorjev, so nam omogočili, da smo videli proces in situ, lahko pa smo tudi za preverjanje strjevanja smole.” Z uporabo vseh šestih spodaj opisanih tipov senzorjev (seznam ni izčrpen, le majhen izbor, tudi dobavitelji) lahko spremljate utrjevanje/polimerizacijo in pretok smole. Nekateri senzorji imajo dodatne zmogljivosti, kombinirani tipi senzorjev pa lahko razširijo možnosti sledenja in vizualizacije med oblikovanjem kompozitov. To je bilo dokazano med CosiMo, ki je uporabljal ultrazvočne, dielektrične in piezorezistivne senzorje v načinu za merjenje temperature in tlaka z Kistler (Winterthur, Švica).
Cilj št. 3: Zmanjšajte čas cikla. Senzorji Collo lahko merijo enakomernost dvokomponentnega hitro utrjujočega epoksida, ko se dela A in B zmešata in vbrizgata med RTM in na vsaki lokaciji v kalupu, kjer so nameščeni takšni senzorji. To bi lahko pomagalo omogočiti smole za hitrejše strjevanje za aplikacije, kot je Urban Air Mobility (UAM), ki bi zagotovile hitrejše cikle strjevanja v primerjavi s trenutnimi enokomponentnimi epoksidi, kot je RTM6.
Senzorji Collo lahko tudi spremljajo in vizualizirajo razplinjevanje, vbrizgavanje in utrjevanje epoksida ter kdaj je vsak postopek končan. Zaključno utrjevanje in drugi procesi, ki temeljijo na dejanskem stanju materiala, ki se obdeluje (v primerjavi s tradicionalnimi časovnimi in temperaturnimi recepti), se imenujejo upravljanje stanja materiala (MSM). Podjetja, kot je AvPro (Norman, Oklahoma, ZDA), si že desetletja prizadevajo za MSM, da bi sledila spremembam v delnih materialih in procesih, ko zasleduje določene cilje. za temperaturo posteklenitve (Tg), viskoznost, polimerizacijo in/ali kristalizacijo. Na primer, mreža senzorjev in digitalna analiza v CosiMo so bili uporabljeni za določitev minimalnega časa, potrebnega za segrevanje RTM stiskalnice in kalupa, in ugotovili, da je 96 % največja polimerizacija je bila dosežena v 4,5 minutah.
Dobavitelji dielektričnih senzorjev, kot so Lambient Technologies (Cambridge, MA, ZDA), Netzsch (Selb, Nemčija) in Synthesites (Uccle, Belgija), so prav tako dokazali svojo sposobnost skrajšanja časov ciklov. Raziskovalni in razvojni projekt Synthesites s proizvajalci kompozitov Hutchinson (Pariz, Francija) ) in Bombardier Belfast (zdaj Spirit AeroSystems (Belfast, Irska)) poroča, da na podlagi meritev odpornosti smole in temperature v realnem času prek svoje enote za pridobivanje podatkov Optimold in programske opreme Optiview pretvori v ocenjeno viskoznost in Tg. „Proizvajalci lahko vidijo Tg v realnem času, tako da se lahko odločijo, kdaj naj prenehajo cikel sušenja,« pojasnjuje Nikos Pantelelis, direktor Synthesites. »Ni jim treba čakati, da zaključijo cikel prenosa, ki je daljši od potrebno. Na primer, tradicionalni cikel za RTM6 je 2-urno popolno strjevanje pri 180 °C. Videli smo, da je to mogoče skrajšati na 70 minut v nekaterih geometrijah. To je bilo dokazano tudi v projektu INNOTOOL 4.0 (glejte »Pospeševanje RTM s senzorji toplotnega toka«), kjer je uporaba senzorja toplotnega toka skrajšala cikel strjevanja RTM6 s 120 minut na 90 minut.
Cilj #4: Zaprtozančno krmiljenje prilagodljivih procesov. Za projekt CosiMo je končni cilj avtomatizirati zaprtozančno krmiljenje med proizvodnjo kompozitnih delov. To je tudi cilj projektov ZAero in iComposite 4.0, o katerih poroča CW leta 2020 (30–50-odstotno znižanje stroškov). Upoštevajte, da ti vključujejo različne postopke – avtomatizirano postavitev prepreg traku (ZAero) in predoblikovanje z razprševanjem vlaken v primerjavi z visoko tlak T-RTM v CosiMo za RTM s hitro utrjujočim se epoksidom (iComposite 4.0). Vsi ti projekti uporabljajo senzorje z digitalnimi modeli in algoritmi za simulacijo procesa in napovedovanje izida končnega dela.
Nadzor procesa si lahko predstavljamo kot niz korakov, je pojasnil Sause. Prvi korak je integracija senzorjev in procesne opreme, je dejal, »da vizualiziramo, kaj se dogaja v črni skrinjici, in parametre, ki jih je treba uporabiti. Drugih nekaj korakov, morda polovica nadzora z zaprto zanko, je zmožnost pritiska na gumb za zaustavitev, da posreduje, prilagodi postopek in prepreči zavrnjene dele. Kot zadnji korak lahko razvijete digitalnega dvojčka, ki ga je mogoče avtomatizirati, vendar zahteva tudi naložbo v metode strojnega učenja.« V CosiMo ta naložba omogoča senzorjem vnašanje podatkov v digitalni dvojček, analiza robov (izračuni, izvedeni na robu proizvodne linije v primerjavi z izračuni iz osrednjega skladišča podatkov) se nato uporabi za napovedovanje dinamike sprednjega toka, vsebnosti volumna vlaken na predobliko tekstila in morebitna suha mesta.«V idealnem primeru lahko določite nastavitve, ki omogočajo krmiljenje z zaprto zanko in prilagajanje v procesu,« je dejal Sause.«Ti bodo vključevali parametre, kot so tlak vbrizgavanja, tlak in temperatura kalupa. Te informacije lahko uporabite tudi za optimizacijo svojega materiala.«
Pri tem podjetja uporabljajo senzorje za avtomatizacijo procesov. Na primer, Synthesites sodeluje s svojimi strankami pri integraciji senzorjev z opremo za zapiranje dovoda smole, ko je infuzija končana, ali vklop toplotne stiskalnice, ko je doseženo ciljno strjevanje.
Järveläinen ugotavlja, da za določitev, kateri senzor je najboljši za posamezen primer uporabe, "morate razumeti, katere spremembe v materialu in procesu želite spremljati, nato pa morate imeti analizator." Analizator pridobi podatke, ki jih zbere izpraševalec ali enota za zajem podatkov. neobdelane podatke in jih pretvori v informacije, ki jih uporablja proizvajalec.«Pravzaprav vidite veliko podjetij, ki integrirajo senzorje, vendar potem s podatki ne naredijo ničesar,« je dejal Sause. Kar je potrebno, je pojasnil, je »sistem pridobivanja podatkov, pa tudi arhitekturo shranjevanja podatkov, ki omogoča obdelavo podatkov.«
»Končni uporabniki ne želijo samo videti neobdelanih podatkov,« pravi Järveläinen.« Želijo vedeti, 'Ali je proces optimiziran?'« Kdaj je mogoče narediti naslednji korak?« Če želite to narediti, morate združiti več senzorjev. za analizo in nato s strojnim učenjem pospešite postopek.« To analizo robov in pristop strojnega učenja, ki ga uporabljata ekipa Collo in CosiMo, je mogoče doseči z zemljevidi viskoznosti, numeričnimi modeli fronte toka smole in Vizualizirana je sposobnost končnega nadzora procesnih parametrov in strojev.
Optimold je analizator, ki ga je razvilo podjetje Synthesites za svoje dielektrične senzorje. Enota Optimold, ki jo nadzira programska oprema Optiview podjetja Synthesites, uporablja meritve temperature in odpornosti smole za izračun in prikaz grafov v realnem času za spremljanje stanja smole, vključno z mešalnim razmerjem, kemičnim staranjem, viskoznostjo, Tg in stopnja strjevanja. Uporablja se lahko v postopkih preprega in tekočega oblikovanja. Ločena enota Optiflow se uporablja za pretok Synthesites je razvil tudi simulator strjevanja, ki ne potrebuje senzorja strjevanja v kalupu ali delu, ampak namesto tega uporablja senzor temperature in vzorce smole/preprega v tej analizatorski enoti.“Uporabljamo to najsodobnejšo metoda za utrjevanje in utrjevanje lepila za proizvodnjo lopatic vetrnih turbin,« je povedal Nikos Pantelelis, direktor podjetja Synthesites.
Sistemi za nadzor procesov Synthesites vključujejo senzorje, enote za zajemanje podatkov Optiflow in/ali Optimold ter programsko opremo OptiView in/ali Online Resin Status (ORS). Avtorstvo slike: Synthesites, uredil The CW
Zato je večina dobaviteljev senzorjev razvila svoje lastne analizatorje, nekateri uporabljajo strojno učenje, nekateri pa ne. Toda proizvajalci kompozitov lahko razvijejo tudi lastne sisteme po meri ali kupijo standardne instrumente in jih spremenijo, da ustrezajo posebnim potrebam. Vendar je zmogljivost analizatorja upoštevati je treba samo en dejavnik. Obstaja veliko drugih.
Stik je prav tako pomemben dejavnik pri izbiri senzorja, ki ga želite uporabiti. Senzor bo morda moral biti v stiku z materialom, izpraševalcem ali obojim. Na primer, senzorje toplotnega toka in ultrazvočne senzorje lahko vstavite v kalup RTM 1–20 mm od površina – natančno spremljanje ne zahteva stika z materialom v kalupu. Ultrazvočni senzorji lahko zaslišujejo tudi dele na različnih globinah, odvisno od uporabljene frekvence. Elektromagnetni senzorji Collo lahko tudi berejo globino tekočin ali delov – 2-10 cm, odvisno od pogostosti zasliševanja – in skozi nekovinske posode ali orodja v stiku s smolo.
Vendar pa so magnetne mikrožice (glejte »Brezkontaktno spremljanje temperature in tlaka znotraj kompozitov«) trenutno edini senzorji, ki lahko zaslišujejo kompozite na razdalji 10 cm. To je zato, ker uporablja elektromagnetno indukcijo, da izzove odziv senzorja, ki je vdelan v kompozitni material.AvProjev mikrožični senzor ThermoPulse, vdelan v lepilo vezni sloj, je bil preizkušen skozi 25 mm debel laminat iz ogljikovih vlaken za merjenje temperature med postopkom lepljenja. Ker imajo mikrožice premer 3–70 mikronov, ne vplivajo na zmogljivost kompozita ali povezave. Pri nekoliko večjih premerih 100- 200 mikronov je mogoče vgraditi tudi senzorje iz optičnih vlaken, ne da bi pri tem poslabšali strukturne lastnosti. Ker pa uporabljajo svetlobo za merjenje, morajo imeti senzorji z optičnimi vlakni žično povezavo z izpraševalcem. Podobno, ker dielektrični senzorji uporabljajo napetost za merjenje lastnosti smole, morajo biti povezani tudi z izpraševalcem, večina pa mora biti tudi v stiku s smolo, ki jo spremljajo.
Senzor Collo Probe (zgornji) je mogoče potopiti v tekočine, medtem ko je Collo Plate (spodnji) nameščen v steno posode/mešalne posode ali procesne cevi/dovodnega voda. Avtor slike: ColloidTek Oy
Temperaturna zmogljivost senzorja je še ena ključna točka. Na primer, večina ultrazvočnih senzorjev, ki so že na voljo, običajno deluje pri temperaturah do 150 °C, vendar je treba dele v CosiMo oblikovati pri temperaturah nad 200 °C. Zato UNA je moral zasnovati ultrazvočni senzor s to zmogljivostjo. Lambientove dielektrične senzorje za enkratno uporabo je mogoče uporabiti na površinah delov do 350 °C in senzorje za večkratno uporabo v kalupu je mogoče uporabiti do 250 °C. RVmagnetics (Košice, Slovaška) je razvil svoj mikrožični senzor za kompozitne materiale, ki lahko prenesejo strjevanje pri 500 °C. Medtem ko sama tehnologija senzorja Collo nima teoretične temperaturne omejitve, ščit iz kaljenega stekla za Collo Plate in novo ohišje iz polietereterketona (PEEK) za Collo Probe sta testirana za neprekinjeno obratovanje pri 150 °C, kot pravi Järveläinen. Medtem je PhotonFirst (Alkmaar, Nizozemska) uporabil poliimidno prevleko za zagotavljanje delovne temperature 350 °C za svoj optični senzor za projekt SuCoHS, za trajnostno in stroškovno učinkovito visoko - temperaturni kompozit.
Še en dejavnik, ki ga je treba upoštevati, zlasti pri namestitvi, je, ali senzor meri v eni točki ali je linearni senzor z več točkami zaznavanja. Optični senzorji Com&Sens (Eke, Belgija) so lahko na primer dolgi do 100 metrov in imajo več do 40 zaznavnih točk Braggove mreže (FBG) z vlakni z najmanjšim razmikom 1 cm. Ti senzorji so bili uporabljeni za spremljanje strukturnega zdravja (SHM) 66 metrov dolgih kompozitni mostovi in spremljanje pretoka smole med vlivanjem velikih mostov. Namestitev posameznih točkovnih senzorjev za tak projekt bi zahtevala veliko število senzorjev in veliko časa za namestitev. NCC in Univerza Cranfield trdita, da imata svoje linearne dielektrične senzorje podobne prednosti. V primerjavi z enotočkovnih dielektričnih senzorjev, ki jih ponujajo Lambient, Netzsch in Synthesites, »Z našim linearnim senzorjem lahko neprekinjeno spremljamo pretok smole vzdolž dolžine, kar bistveno zmanjša število senzorjev, potrebnih v delu ali orodju.«
AFP NLR za senzorje z optičnimi vlakni Posebna enota je integrirana v 8. kanal Coriolisove glave AFP za postavitev štirih nizov senzorjev iz optičnih vlaken v visokotemperaturno kompozitno testno ploščo, ojačano z ogljikovimi vlakni. Avtorstvo slike: SuCoHS Project, NLR
Linearni senzorji prav tako pomagajo avtomatizirati namestitve. V projektu SuCoHS je Royal NLR (nizozemski vesoljski center, Marknesse) razvil posebno enoto, integrirano v 8. kanalno avtomatizirano postavitev vlaken (AFP) vodje Coriolis Composites (Queven, Francija) za vgradnjo štirih nizov ( ločene optične linije), vsaka s 5 do 6 senzorji FBG (PhotonFirst ponuja skupno 23 senzorjev), v testnih ploščah iz ogljikovih vlaken. Podjetje RVmagnetics je svoje mikrožične senzorje postavilo v pultrudirano armaturno palico GFRP.” Žice so prekinjene [1-4 cm dolge za večino kompozitnih mikrožic], vendar se samodejno namestijo neprekinjeno, ko je armaturna palica izdelana, ” je povedal Ratislav Varga, soustanovitelj podjetja RVmagnetics. »Imate mikrožico z 1 km mikrožico. tuljave filamenta in jih dovajati v obrat za proizvodnjo armaturne palice, ne da bi spremenili način izdelave armaturne palice.« Medtem Com&Sens dela na avtomatizirani tehnologiji za vgradnjo senzorjev iz optičnih vlaken med postopkom navijanja filamentov v tlačne posode.
Zaradi svoje sposobnosti prevajanja elektrike lahko ogljikova vlakna povzročijo težave z dielektričnimi senzorji. Dielektrični senzorji uporabljajo dve elektrodi, nameščeni blizu druga drugi. "Če vlakna premostijo elektrodi, povzročijo kratek stik senzorja," pojasnjuje ustanovitelj Lambient Huan Lee. V tem primeru uporabite filter. "Filter prepušča smoli mimo senzorjev, vendar jih izolira od ogljikovih vlaken." Linearni dielektrični senzor, ki sta ga razvila Univerza Cranfield in NCC, uporablja drugačen pristop, vključno z dvema sukanima paricama bakrenih žic. Ko je priključena napetost, se med žicami ustvari elektromagnetno polje, ki se uporablja za merjenje impedance smole. Žice so prevlečene z izolacijskim polimerom, ki ne vpliva na električno polje, vendar preprečuje kratek stik med ogljikovimi vlakni.
Seveda je težava tudi cena. Com&Sens navaja, da je povprečni strošek na točko zaznavanja FBG 50–125 evrov, ki lahko pade na približno 25–35 evrov, če se uporablja v serijah (npr. za 100.000 tlačnih posod). (To je le del trenutne in predvidene proizvodne zmogljivosti kompozitnih tlačnih posod, glejte CW-jev članek o vodiku iz leta 2021.) Meggitt's Karapapas pravi, da je prejel ponudbe za optične linije s senzorji FBG v povprečju 250 GBP/senzor (≈300 EUR/senzor), izpraševalec je vreden okoli 10.000 GBP (12.000 EUR).”Linearni dielektrični senzor, ki smo ga preizkusili, je bil bolj podoben prevlečenemu žico, ki jo lahko kupite s police,« je dodal. »Izpraševalec, ki ga uporabljamo,« doda Alex Skordos, bralec (višji raziskovalec) v Composites Process Science na Univerzi Cranfield, »je impedančni analizator, ki je zelo natančen in stane najmanj 30.000 GBP [≈ 36.000 €], vendar NCC uporablja veliko preprostejši izpraševalec, ki je v bistvu sestavljen iz - regalni moduli komercialnega podjetja Advise Deta [Bedford, Velika Britanija].« Synthesites ponuja 1.190 EUR za senzorje v kalupu in 20 EUR za senzorje za enkratno uporabo/delne senzorje. V EUR je Optiflow kotiran na 3.900 EUR, Optimold pa na 7.200 EUR, z naraščajočimi popusti za več analizatorskih enot. Te cene vključujejo programsko opremo Optiview in katero koli potrebno podporo, je dejal Pantelelis in dodal, da proizvajalci vetrnih lopatic prihranijo 1,5 ure na cikel, dodajo lopatice na linijo na mesec in zmanjša porabo energije za 20 odstotkov, naložba pa se povrne le za štiri mesece.
Podjetja, ki uporabljajo senzorje, bodo pridobila prednost z razvojem digitalne proizvodnje kompozitov 4.0. Grégoire Beauduin, direktor poslovnega razvoja pri Com&Sens, na primer pravi: »Ker poskušajo proizvajalci tlačnih posod zmanjšati težo, porabo materiala in stroške, lahko z našimi senzorji upravičijo načrtujejo in spremljajo proizvodnjo, ko dosežejo zahtevane ravni do leta 2030. Isti senzorji, ki se uporabljajo za ocenjevanje ravni napetosti v plasteh med filamentom navijanje in strjevanje lahko tudi spremlja celovitost rezervoarja med tisočimi cikli polnjenja z gorivom, predvidi potrebno vzdrževanje in ponovno certificira ob koncu načrtovane življenjske dobe. Za vsako proizvedeno kompozitno tlačno posodo je zagotovljen digitalni dvojni podatkovni bazen, rešitev pa se razvija tudi za satelite.«
Omogočanje digitalnih dvojčkov in niti Com&Sens sodeluje s proizvajalcem kompozitov pri uporabi njegovih senzorjev iz optičnih vlaken za omogočanje pretoka digitalnih podatkov skozi načrtovanje, proizvodnjo in storitve (desno) za podporo digitalnih osebnih izkaznic, ki podpirajo digitalnega dvojčka vsakega izdelanega dela (levo). Avtorstvo slike: Com&Sens in Slika 1, »Inženiring z digitalnimi niti« V. Singha, K. Wilcoxa.
Podatki senzorjev tako podpirajo digitalnega dvojčka, pa tudi digitalno nit, ki zajema načrtovanje, proizvodnjo, storitvene postopke in zastarelost. Pri analizi z uporabo umetne inteligence in strojnega učenja se ti podatki vrnejo nazaj v načrtovanje in obdelavo, s čimer se izboljša učinkovitost in trajnost. To spremenil tudi način sodelovanja dobavnih verig. Na primer, proizvajalec lepil Kiilto (Tampere, Finska) uporablja senzorje Collo, da svojim strankam pomaga pri nadzoru razmerja komponente A, B itd. v njihovi večkomponentni opremi za mešanje lepil.«Kiilto lahko zdaj prilagodi sestavo svojih lepil za posamezne stranke,« pravi Järveläinen, »vendar omogoča Kiiltu tudi razumevanje, kako smole medsebojno delujejo v procesih strank, in kako stranke komunicirajo z njihovimi izdelki, kar spreminja način dobave. Verige lahko delujejo skupaj.«
OPTO-Light uporablja senzorje Kistler, Netzsch in Synthesites za spremljanje utrjevanja termoplastičnih prevlitih delov iz epoksi CFRP. Zasluge za sliko: AZL
Senzorji prav tako podpirajo inovativne nove kombinacije materialov in procesov. AZL Aachen (Aachen, Nemčija), opisan v članku CW iz leta 2019 o projektu OPTO-Light (glejte »Termoplastični vložki za prelivanje, 2-minutni cikel, ena baterija«), uporablja dvostopenjski postopek vodoravnega stiskanja enega To (UD) preprega iz ogljikovih vlaken/epoksida, nato preliven s 30 % PA6, ojačanim s kratkimi steklenimi vlakni. Ključno je samo delno strjevanje preprega, tako da lahko preostala reaktivnost v epoksidu omogoči vezavo na termoplast. AZL uporablja analizatorja Optimold in Netzsch DEA288 Epsilon s Synthesites in dielektričnimi senzorji Netzsch ter Kistlerjem senzorje v kalupu in programsko opremo DataFlow za optimizacijo brizganje. »Poglobljeno morate razumeti postopek stiskanja preprega, ker se morate prepričati, da razumete stanje strjevanja, da lahko dosežete dobro povezavo s termoplastičnim prelivanjem,« pojasnjuje raziskovalni inženir AZL Richard Schares. "V prihodnosti bo proces lahko prilagodljiv in inteligenten, rotacijo procesa sprožijo senzorski signali."
Vendar pa obstaja temeljna težava, pravi Järveläinen, »in to je pomanjkanje razumevanja strank o tem, kako integrirati te različne senzorje v svoje procese. Večina podjetij nima strokovnjakov za senzorje.” Trenutno pot naprej zahteva, da proizvajalci senzorjev in kupci izmenjujejo informacije naprej in nazaj. Organizacije, kot so AZL, DLR (Augsburg, Nemčija) in NCC, razvijajo strokovno znanje in izkušnje na področju več senzorjev. Sause je dejal, da obstajajo skupine znotraj UNA, pa tudi spin-off podjetja, ki ponujajo integracijo senzorjev in storitve digitalnih dvojčkov. Dodal je, da je proizvodna mreža umetne inteligence v Augsburgu v ta namen najela 7000 kvadratnih metrov velik objekt, »ki se širi Razvojni načrt CosiMo za zelo širok obseg, vključno s povezanimi avtomatizacijskimi celicami, kjer lahko industrijski partnerji postavijo stroje, izvajajo projekte in se naučijo integrirati nove rešitve AI.”
Carapappas je dejal, da je bila Meggittova predstavitev dielektričnega senzorja v NCC le prvi korak pri tem. »Navsezadnje želim spremljati svoje procese in poteke dela ter jih vnesti v naš sistem ERP, da bom vnaprej vedel, katere komponente naj izdelam, katere ljudi potrebujete in katere materiale naročiti. Digitalna avtomatizacija se razvija."
Dobrodošli v spletni SourceBook, ki ustreza letni tiskani izdaji SourceBook Composites Industry Buyer's Guide SourceBook Composites Industry Buyer's Guide.
Spirit AeroSystems izvaja pametno zasnovo Airbusa za sredinski trup letala A350 in sprednje nosilce v Kingstonu, NC
Čas objave: 20. maj 2022
