Der italienische OEM und Tier-1-Zulieferer Leonardo arbeitete mit der F&E-Abteilung von CETMA zusammen, um neue Verbundwerkstoffe, Maschinen und Prozesse zu entwickeln, einschließlich Induktionsschweißen für die Konsolidierung thermoplastischer Verbundwerkstoffe vor Ort.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, ein führender Hersteller von Verbundwerkstoffen, produziert einteilige Rumpfrohre für die Boeing 787. Das Unternehmen arbeitet mit CETMA zusammen, um neue Technologien zu entwickeln, darunter kontinuierliches Kompressionsformen (CCM) und SQRTM (unten).Produktionstechnologie.Quelle |Leonardo und CETMA
Dieser Blog basiert auf meinem Interview mit Stefano Corvaglia, Materialingenieur, F&E-Direktor und Manager für geistiges Eigentum der Flugzeugstrukturabteilung von Leonardo (Produktionsstätten Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola, Süditalien), und einem Interview mit Dr. Silvio Pappadà, Forschung Ingenieur und Leiter.Kooperationsprojekt zwischen CETMA (Brindisi, Italien) und Leonardo.
Leonardo (Rom, Italien) ist einer der weltweit größten Player in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Sicherheit mit einem Umsatz von 13,8 Milliarden Euro und mehr als 40.000 Mitarbeitern weltweit.Das Unternehmen bietet umfassende Lösungen für Luft, Land, See, Weltraum, Netzwerk und Sicherheit sowie unbemannte Systeme weltweit.Die Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen von Leonardo belaufen sich auf etwa 1,5 Milliarden Euro (11 % des Umsatzes im Jahr 2019) und liegen damit in Europa an zweiter Stelle und weltweit an vierter Stelle, wenn es um Forschungsinvestitionen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt und Verteidigung geht.
Leonardo Aerostructures produziert einteilige Rumpfrohre aus Verbundwerkstoff für die Teile 44 und 46 des Boeing 787 Dreamliner.Quelle |Leonardo
Leonardo beliefert über seine Luftfahrtstrukturabteilung die wichtigsten zivilen Flugzeugprogramme der Welt mit der Herstellung und Montage großer Strukturkomponenten aus Verbundwerkstoffen und traditionellen Materialien, einschließlich Rumpf und Leitwerk.
Leonardo Aerostructures produziert horizontale Stabilisatoren aus Verbundwerkstoffen für den Boeing 787 Dreamliner.Quelle |Leonardo
Im Hinblick auf Verbundwerkstoffe produziert Leonardos Aerospace Structure Division „einteilige Fässer“ für die zentralen Rumpfabschnitte 44 und 46 der Boeing 787 im Werk Grottaglie und die Höhenleitwerke im Werk Foggia, die etwa 14 % des 787-Rumpfes ausmachen.%.Die Produktion anderer Verbundstrukturprodukte umfasst die Herstellung und Montage des Heckflügels der Verkehrsflugzeuge ATR und Airbus A220 im Werk Foggia.Foggia produziert auch Verbundteile für die Boeing 767 und Militärprogramme, darunter den Joint Strike Fighter F-35, den Eurofighter Typhoon, das Militärtransportflugzeug C-27J und den Falco Xplorer, das neueste Mitglied der unbemannten Falco-Flugzeugfamilie von Leonardo.
„Gemeinsam mit CETMA führen wir viele Aktivitäten durch, beispielsweise im Bereich thermoplastischer Verbundwerkstoffe und Resin Transfer Molding (RTM)“, sagte Corvaglia.„Unser Ziel ist es, F&E-Aktivitäten in kürzester Zeit produktionsreif zu machen.In unserer Abteilung (F&E und IP-Management) suchen wir auch nach disruptiven Technologien mit niedrigerem TRL (technischer Bereitschaftsgrad, d. h. der niedrigere TRL ist im Entstehen begriffen und weiter von der Produktion entfernt), aber wir hoffen, wettbewerbsfähiger zu sein und Kunden rund um den Globus Hilfe zu bieten Welt."
Pappadà fügte hinzu: „Seit unseren gemeinsamen Bemühungen arbeiten wir hart daran, Kosten und Umweltbelastung zu reduzieren.Wir haben festgestellt, dass thermoplastische Verbundwerkstoffe (TPC) im Vergleich zu duroplastischen Materialien reduziert wurden.“
Corvaglia betonte: „Wir haben diese Technologien gemeinsam mit Silvios Team entwickelt und einige automatisierte Batterieprototypen gebaut, um sie in der Produktion zu evaluieren.“
„CCM ist ein großartiges Beispiel für unsere gemeinsamen Bemühungen“, sagte Pappadà.„Leonardo hat bestimmte Komponenten aus duroplastischen Verbundwerkstoffen identifiziert.Gemeinsam erkundeten wir die Technologie zur Bereitstellung dieser Komponenten in TPC und konzentrierten uns dabei auf die Stellen, an denen sich im Flugzeug eine große Anzahl von Teilen befinden, beispielsweise Verbindungsstrukturen und einfache geometrische Formen.Pfosten.“
Teile, die mit der kontinuierlichen Formpress-Produktionslinie von CETMA hergestellt werden.Quelle |„CETMA: Italienische Forschungs- und Entwicklungsinnovation für Verbundwerkstoffe“
Er fuhr fort: „Wir brauchen eine neue Produktionstechnologie mit niedrigen Kosten und hoher Produktivität.“Er wies darauf hin, dass in der Vergangenheit bei der Herstellung eines einzelnen TPC-Bauteils eine große Menge Abfall angefallen sei.„Also haben wir eine Netzform basierend auf der nicht-isothermen Formpresstechnologie hergestellt, aber wir haben einige Innovationen (zum Patent angemeldet) eingeführt, um den Abfall zu reduzieren.Wir haben dafür eine vollautomatische Anlage entworfen, die dann von einem italienischen Unternehmen für uns gebaut wurde.„
Laut Pappadà kann die Einheit von Leonardo entworfene Komponenten produzieren, „alle 5 Minuten eine Komponente, 24 Stunden am Tag“.Allerdings musste sein Team dann herausfinden, wie die Vorformlinge hergestellt werden sollten.Er erklärte: „Am Anfang brauchten wir ein Flachlaminierungsverfahren, denn das war damals der Engpass.“„Also begann unser Prozess mit einem Rohling (flaches Laminat) und erhitzte ihn dann in einem Infrarotofen (IR).Und dann zum Formen in die Presse geben.Flache Laminate werden in der Regel auf großen Pressen hergestellt, die eine Zykluszeit von 4–5 Stunden benötigen.Wir haben beschlossen, eine neue Methode zu untersuchen, mit der flache Laminate schneller hergestellt werden können.Deshalb haben wir in Leonardo mit Unterstützung von Ingenieuren eine hochproduktive CCM-Produktionslinie in CETMA entwickelt.Wir haben die Zykluszeit von 1 m mal 1 m großen Teilen auf 15 Minuten reduziert.Wichtig ist, dass es sich um einen kontinuierlichen Prozess handelt, sodass wir unbegrenzte Längen produzieren können.“
Die Infrarot-Wärmebildkamera (IRT) in der progressiven Profilierlinie SPARE hilft CETMA, die Temperaturverteilung während des Produktionsprozesses zu verstehen und eine 3D-Analyse zu erstellen, um das Computermodell während des CCM-Entwicklungsprozesses zu überprüfen.Quelle |„CETMA: Italienische Forschungs- und Entwicklungsinnovation für Verbundwerkstoffe“
Doch wie schneidet dieses neue Produkt im Vergleich zum CCM ab, das Xperion (jetzt XELIS, Markdorf, Deutschland) seit mehr als zehn Jahren verwendet?Pappadà sagte: „Wir haben analytische und numerische Modelle entwickelt, die Defekte wie Hohlräume vorhersagen können.“„Wir haben mit Leonardo und der Universität Salento (Lecce, Italien) zusammengearbeitet, um die Parameter und ihre Auswirkungen auf die Qualität zu verstehen.Wir verwenden diese Modelle, um dieses neue CCM zu entwickeln, mit dem wir eine hohe Dicke, aber auch eine hohe Qualität erzielen können.Mit diesen Modellen können wir nicht nur Temperatur und Druck optimieren, sondern auch ihre Anwendungsweise optimieren.Sie können viele Techniken entwickeln, um Temperatur und Druck gleichmäßig zu verteilen.Wir müssen jedoch die Auswirkungen dieser Faktoren auf die mechanischen Eigenschaften und das Defektwachstum von Verbundstrukturen verstehen.“
Pappadà fuhr fort: „Unsere Technologie ist flexibler.Ebenso wurde CCM vor 20 Jahren entwickelt, es gibt jedoch keine Informationen darüber, da die wenigen Unternehmen, die es nutzen, ihr Wissen und ihre Expertise nicht teilen.Deshalb müssen wir bei Null anfangen, nur basierend auf unserem Verständnis von Verbundwerkstoffen und deren Verarbeitung.“
„Wir gehen jetzt interne Pläne durch und arbeiten mit Kunden zusammen, um die Komponenten dieser neuen Technologien zu finden“, sagte Corvaglia.„Diese Teile müssen möglicherweise neu konstruiert und neu qualifiziert werden, bevor die Produktion beginnen kann.“Warum?„Ziel ist es, das Flugzeug so leicht wie möglich zu machen, aber zu einem wettbewerbsfähigen Preis.Deshalb müssen wir auch die Dicke optimieren.Möglicherweise stellen wir jedoch fest, dass ein Teil das Gewicht reduzieren kann oder mehrere Teile mit ähnlichen Formen identifizieren, was eine Menge Geld sparen kann.“
Er bekräftigte, dass diese Technologie bisher in den Händen einiger weniger Leute sei.„Aber wir haben alternative Technologien entwickelt, um diese Prozesse durch die Hinzufügung fortschrittlicherer Pressformen zu automatisieren.Wir legen ein flaches Laminat ein und nehmen dann einen Teil davon heraus, der gebrauchsfertig ist.Wir sind dabei, Teile neu zu konstruieren und flache oder profilierte Teile zu entwickeln.Die Phase von CCM.“
„Wir verfügen jetzt über eine sehr flexible CCM-Produktionslinie in CETMA“, sagte Pappadà.„Hier können wir je nach Bedarf unterschiedliche Drücke anwenden, um komplexe Formen zu erreichen.Die Produktlinie, die wir gemeinsam mit Leonardo entwickeln werden, wird sich stärker auf die Erfüllung der spezifischen erforderlichen Komponenten konzentrieren.Wir glauben, dass unterschiedliche CCM-Linien für flache und L-förmige Stringer anstelle komplexerer Formen verwendet werden können.Auf diese Weise können wir die Ausrüstungskosten im Vergleich zu den großen Pressen, die derzeit zur Herstellung komplexer geometrischer TPC-Teile verwendet werden, niedrig halten.“
CETMA verwendet CCM zur Herstellung von Stringern und Paneelen aus Kohlefaser/PEKK-Einwegband und verbindet sie anschließend mithilfe des Induktionsschweißens dieses Kielbündel-Demonstrators im von EURECAT verwalteten Projekt Clean Sky 2 KEELBEMAN.Quelle|„Ein Demonstrator zum Schweißen thermoplastischer Kielträger wird realisiert.“
„Induktionsschweißen ist für Verbundwerkstoffe sehr interessant, da sich die Temperatur sehr gut einstellen und steuern lässt, die Erwärmung sehr schnell erfolgt und die Steuerung sehr präzise ist“, sagte Pappadà.„Gemeinsam mit Leonardo haben wir das Induktionsschweißen zum Verbinden von TPC-Komponenten entwickelt.Aber jetzt erwägen wir den Einsatz von Induktionsschweißen zur In-situ-Konsolidierung (ISC) von TPC-Bändern.Zu diesem Zweck haben wir ein neues Carbonfaserband entwickelt, das durch Induktionsschweißen mit einer speziellen Maschine sehr schnell erhitzt werden kann.Das Band verwendet das gleiche Grundmaterial wie das handelsübliche Band, verfügt jedoch über eine andere Architektur, um die elektromagnetische Erwärmung zu verbessern.Neben der Optimierung der mechanischen Eigenschaften überlegen wir uns auch, mit dem Prozess unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen, beispielsweise wie wir diese durch Automatisierung kostengünstig und effizient bewältigen können.“
Er wies darauf hin, dass es schwierig sei, ISC mit TPC-Band bei guter Produktivität zu erreichen.„Um es für die industrielle Produktion nutzen zu können, muss man schneller erhitzen und abkühlen und den Druck sehr kontrolliert ausüben.Deshalb haben wir uns entschieden, das Induktionsschweißen zu verwenden, um nur einen kleinen Bereich zu erwärmen, in dem sich das Material verfestigt, und die restlichen Laminate kalt zu halten.“Pappadà sagt, dass der TRL für das für die Montage verwendete Induktionsschweißen höher ist.„
Die Integration vor Ort mittels Induktionserwärmung scheint äußerst störend zu sein – derzeit macht dies kein anderer OEM oder Tierlieferant öffentlich.„Ja, das könnte eine disruptive Technologie sein“, sagte Corvaglia.„Wir haben Patente für die Maschine und die Materialien angemeldet.Unser Ziel ist ein mit duroplastischen Verbundwerkstoffen vergleichbares Produkt.Viele Menschen versuchen, TPC für AFP (Automatic Fiber Placement) zu verwenden, aber der zweite Schritt muss kombiniert werden.In Bezug auf die Geometrie stellt dies eine große Einschränkung hinsichtlich Kosten, Zykluszeit und Teilegröße dar.Tatsächlich könnten wir die Art und Weise ändern, wie wir Teile für die Luft- und Raumfahrt herstellen.“
Neben Thermoplasten forscht Leonardo weiterhin an der RTM-Technologie.„Dies ist ein weiterer Bereich, in dem wir mit CETMA zusammenarbeiten, und neue Entwicklungen, die auf der alten Technologie (in diesem Fall SQRTM) basieren, wurden patentiert.Qualifiziertes Harztransferverfahren, ursprünglich entwickelt von Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, USA) (SQRTM).Corvaglia sagte: „Es ist wichtig, über eine Autoklavenmethode (OOA) zu verfügen, die es uns ermöglicht, Materialien zu verwenden, die bereits qualifiziert sind.“„Dadurch können wir auch Prepregs mit bekannten Eigenschaften und Qualitäten verwenden.Wir haben diese Technologie genutzt, um Fensterrahmen für Flugzeuge zu entwerfen, zu demonstrieren und zum Patent anzumelden.„
Trotz COVID-19 arbeitet CETMA immer noch am Leonardo-Programm. Hier wird der Einsatz von SQRTM zur Herstellung von Flugzeugfensterstrukturen gezeigt, um fehlerfreie Komponenten zu erzielen und die Vorformung im Vergleich zur herkömmlichen RTM-Technologie zu beschleunigen.Daher kann Leonardo komplexe Metallteile ohne weitere Bearbeitung durch Mesh-Verbundteile ersetzen.Quelle |CETMA, Leonardo.
Pappadà wies darauf hin: „Auch das ist eine ältere Technologie, aber wenn man online geht, kann man keine Informationen über diese Technologie finden.“Auch hier nutzen wir analytische Modelle, um Prozessparameter vorherzusagen und zu optimieren.Mit dieser Technologie können wir eine gute Harzverteilung erreichen – keine trockenen Bereiche oder Harzansammlungen – und nahezu keine Porosität.Da wir den Fasergehalt kontrollieren können, können wir sehr hohe Struktureigenschaften erzeugen und die Technologie kann zur Herstellung komplexer Formen eingesetzt werden.Wir verwenden die gleichen Materialien, die die Anforderungen an die Aushärtung im Autoklaven erfüllen, verwenden jedoch die OOA-Methode. Sie können sich jedoch auch für die Verwendung eines schnell aushärtenden Harzes entscheiden, um die Zykluszeit auf einige Minuten zu verkürzen.„
„Selbst mit dem aktuellen Prepreg haben wir die Aushärtezeit verkürzt“, sagte Corvaglia.„Im Vergleich zu einem normalen Autoklavenzyklus von 8 bis 10 Stunden kann SQRTM beispielsweise für Teile wie Fensterrahmen 3 bis 4 Stunden lang verwendet werden.Wärme und Druck werden direkt auf die Teile ausgeübt und die Heizmasse ist geringer.Darüber hinaus erfolgt die Erwärmung von flüssigem Harz im Autoklaven schneller als die von Luft und auch die Qualität der Teile ist hervorragend, was besonders bei komplexen Formen von Vorteil ist.Keine Nacharbeit, fast keine Hohlräume und eine hervorragende Oberflächenqualität, da das Werkzeug die Kontrolle hat und nicht der Vakuumbeutel.
Leonardo nutzt eine Vielzahl von Technologien für Innovationen.Aufgrund der rasanten Entwicklung der Technologie sind Investitionen in risikoreiche Forschung und Entwicklung (niedriger TRL) für die Entwicklung neuer Technologien, die für zukünftige Produkte benötigt werden, von wesentlicher Bedeutung, da sie über die inkrementellen (kurzfristigen) Entwicklungskapazitäten bestehender Produkte hinausgehen .Leonardos F&E-Masterplan 2030 kombiniert eine solche Kombination aus kurzfristigen und langfristigen Strategien, was eine einheitliche Vision für ein nachhaltiges und wettbewerbsfähiges Unternehmen darstellt.
Im Rahmen dieses Plans wird Leonardo Labs gegründet, ein internationales Forschungs- und Entwicklungslabornetzwerk für Unternehmen, das sich der Forschung und Entwicklung sowie Innovation widmet.Bis 2020 will das Unternehmen die ersten sechs Leonardo-Labors in Mailand, Turin, Genua, Rom, Neapel und Taranto eröffnen und rekrutiert 68 Forscher (Leonardo Research Fellows) mit Fähigkeiten in den folgenden Bereichen: 36 autonome intelligente Systeme für Positionen für künstliche Intelligenz, 15 Big-Data-Analyse, 6 Hochleistungsrechnen, 4 Elektrifizierung von Luftfahrtplattformen, 5 Materialien und Strukturen und 2 Quantentechnologien.Das Leonardo-Labor wird die Rolle eines Innovationspostens und des Schöpfers von Leonardos Zukunftstechnologie spielen.
Es ist erwähnenswert, dass Leonardos in Flugzeugen kommerzialisierte Technologie auch in seinen Land- und Seeabteilungen eingesetzt werden kann.Bleiben Sie dran für weitere Updates zu Leonardo und seinen möglichen Auswirkungen auf Verbundwerkstoffe.
Die Matrix bindet den faserverstärkten Werkstoff, gibt dem Verbundbauteil seine Form und bestimmt seine Oberflächenqualität.Die Verbundmatrix kann aus Polymer, Keramik, Metall oder Kohlenstoff bestehen.Dies ist eine Auswahlhilfe.
Bei Verbundanwendungen ersetzen diese hohlen Mikrostrukturen viel Volumen bei geringem Gewicht und erhöhen das Verarbeitungsvolumen und die Produktqualität.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 09.02.2021