OTOMcomposite разрабатывает программное обеспечение для производства Composites 4.0 с использованием лазерной укладки и наматывания ленты

OTOMcomposite (Энсхеде, Нидерланды) - это стартап, который предоставляет инженерные услуги и программное обеспечение для автоматизированного размещения волокна (AFP), лазерной укладки ленты (LATP) и технологии лазерной намотки ленты (LATW). LATP и LATW являются многообещающими технологиями производства для производства передовых термопластичных композитных компонентов (см. «Проблемы LATW»). Основные элементы этого процесса показаны на рис. 1. (Подробнее см. «Размещение сухого волокна:выход за пределы ограничений»).

Рис. 1. Основные элементы процессов лазерной укладки ленты (LATP) и намотки ленты (LATW). Фото:«Изменение температуры во время непрерывной лазерной намотки соседних обручей сосудов высокого давления типа IV» Амин Заами и др. др.

Полностью автоматизированное пошаговое производство может быть достигнуто в этих процессах, когда ленты из армированного волокном препрега скрепляются « на месте ». , », Что может снизить производственные затраты и исключить этапы пост-консолидации или отверждения. Несмотря на преимущества этих технологий производства, сложно прогнозировать и контролировать процесс, включая температуру ламината, кристалличность в его термопластической матрице, остаточное напряжение и общее качество. На них влияют лазерное излучение и отражения (см. Рис. 2 ниже), локальная геометрия инструмента, достигнутая консолидация и конкретные параметры процесса.

OTOMcomposite играет важную роль в жизненно важной способности тщательно анализировать температуру процесса во время LATP и LATW, что имеет решающее значение для конечных свойств и производительности деталей.

Разработка программного обеспечения по проекту ambliFibre

Разработка встроенного управления процессами на основе моделей для процессов LATW / LATP была начата в Университете Твенте в рамках финансируемого ЕС проекта ambliFibre. В тесном сотрудничестве с Институтом производственных технологий Фраунгофера (IPT, Ахен, Германия) во время / после этого проекта было выпущено более 20 научных публикаций. В 2017 году д-р Амин Заами увидел потенциал для создания коммерческого инструмента для процессов LATP / LATW и начал разработку инструмента OTOM (оптическая модель тепловой оптимизации), который сочетает в себе расширенное моделирование методом конечных элементов (FEM) и трассировку лучей.

Трассировка лучей - это метод, который отслеживает путь света и имитирует эффекты его столкновения с объектами во время процесса AFP. Оптическая модель с трассировкой лучей обеспечивает граничные условия теплового потока от AFP-лазера для КЭ-анализа. В сочетании с программным обеспечением управления AFP, которое обычно не фокусируется на фазе склеивания / нагрева, а исключительно на позиционировании и управлении скоростью, OTOM обеспечивает более быстрый путь к оптимизации обработки детали из термопластичного композита и производительности.

Замена методом проб и ошибок цифровым производством 4.0

Программное обеспечение OTOM V.1.20 исключает этап проб и ошибок в LATP / LATW процессы. В зависимости от сложности продукта пропускная способность может быть увеличена на несколько сотен процентов, особенно при разработке новых продуктов (NPD). Это, в свою очередь, приводит к значительному сокращению времени, необходимого для проектирования, контрольных испытаний и оптимизации параметров процесса.

Рис. 2. Анизотропное отражение в результате взаимодействия лазера с лентой из препрега. Фото:«Оптические характеристики армированных волокном термопластичных лент для лазерного производства композитов» Амин Заами и др. др.

Рис. 3 . Различная геометрия лазерного излучения. Фотография предоставлена:«Трехмерное численное моделирование лазерной намотки ленты…» Амина Заами и др. др.

Рис . 4 . Геометрически изменяющаяся кривизна подложки. Фото:«Новая структура оптимизации процесса для лазерной намотки ленточных сосудов под давлением из композитных материалов:управление нестабильной температурой склеивания» Амин Заами и др. др.

Процесс LATP / LATW трудно описать, предсказать и оптимизировать из-за сложной геометрии, различной кривизны инструмента и анизотропных оптических и термических свойств используемых лент из термопластичных композитов, армированных волокном. Также существуют проблемы, такие как нестабильная обработка, простой машины, дым от перегрева материала, деградация материала, выдавливание (расплавленная матрица выдавливается за края ленты) и необходимость сократить время производства. Их можно решить с помощью такого инструмента, как OTOM, который обеспечивает встроенный мониторинг, управление на основе моделей и цифровое производство Индустрии 4.0.

Долгосрочная цель OTOM - обеспечить надежное производство деталей LATP / LATW путем компенсации изменчивости производственного процесса, чтобы обеспечить повторяющиеся и предсказуемые свойства и производительность композитных деталей. OTOM был подтвержден с использованием современных численных методов и экспериментальных исследований. Этот инструмент может оптимизировать каждый параметр процесса для конкретной цели оптимизации (например, нахождение оптимизированной мощности лазера, нахождение оптимального угла лазерного излучения по направлению к зоне нагрева) для достижения максимальной эффективности процесса и качества продукции.

Взаимодействие лазера AFP с композитным ламинатом, локализация температуры для геометрически изменяющейся подложки и даже эффект геометрии инструмента могут быть полностью смоделированы и оптимизированы в одном месте. Сообщается, что инструмент OTOM-моделирования на основе мультифизики открывает путь к оцифрованному процессу LATP / LATW, обеспечивая превосходное качество конечного продукта при минимальных затратах и ​​времени производства.

OTOMcomposite

OTOMcomposite, запущенная в 2021 году, предоставляет услуги и программные решения растущему числу организаций по мере восстановления бизнеса после пандемии COVID-19. OTOMcomposite предлагает клиентам инженерные услуги удаленно или на их объекте, включая оценку производственной линии и качества продукции, технологический консалтинг и индивидуальное инженерное программное обеспечение. Эти услуги предоставляются компаниям и исследовательским организациям в аэрокосмической, нефтегазовой, транспортной, автомобильной и экологической отраслях. OTOMcomposite также развивает сотрудничество с другими отделами исследований и разработок в области применения передовых технологий, связанных с композитами, а также участвует в проектах НИОКР, финансируемых государством и частным сектором. Для получения дополнительной информации свяжитесь с [email protected].