OTOMcomposite запускает передовое ПО для лазерно-ассистированной укладки и намотки ленты в Composites 4.0

OTOMcomposite (Энсхеде, Нидерланды) — стартап, предоставляющий инженерные услуги и ПО для автоматизированной укладки волокна (AFP), лазерно-ассистированной укладки ленты (LATP) и лазерно-ассистированной намотки ленты (LATW) технологий. LATP и LATW — перспективные производственные техники для производства передовых термопластиковых композитных компонентов (см. Вызовы LATW). Основные элементы этого процесса показаны на Рис. 1. (Для деталей см. «Сухая укладка волокна: преодоление пределов»).

Рис. 1. Основные элементы процессов лазерно-ассистированной укладки ленты (LATP) и намотки ленты (LATW). Photo Credit: «Температурная вариация при непрерывной лазерно-ассистированной смежной обмотке сосудов типа IV» Амин Заами и др.

Полностью автоматизированное однопроходное производство может быть достигнуто в этих процессах, когда волокнисто-усиленные препрег-ленты консолидируются «in-situ», что может снизить производственные затраты и устранить пост-консолидацию или стадии отверждения. Несмотря на преимущества этих производственных техник, это сложная задача — предсказать и контролировать процесс, включая температуру ламината, кристалличность в его термопластиковой матрице, остаточные напряжения и общее качество. Эти параметры влияют лазерное облучение и отражения (см. Рис. 2 ниже), локальная геометрия инструментирования, достигнутая консолидация и специфические параметры процесса.

OTOMcomposite играет роль в жизненно важной способности тщательно анализировать температуру процесса во время LATP и LATW, что критично для свойств и производительности результирующей детали.

Разработка ПО после проекта ambliFibre

Разработка модели-базированного встроенного контроля процесса для процессов LATW/LATP была начата в Твенте университете в рамках ЕС-финансируемого проекта ambliFibre. В тесном сотрудничестве с Институтом Fraunhofer производственной технологии (IPT, Ахен, Германия), более 20 научных публикаций были выпущены во время/после этого проекта. В 2017 году д-р Амин Заами увидел потенциал для производства коммерческого инструмента для процессов LATP/LATW и начал разработку инструмента OTOM (оптический термический оптимизационный модель), который объединяет продвинутое конечно-элементное моделирование (FEM) и трассировку лучей.

Трассировка лучей — это техника, которая прослеживает путь света и симулирует эффекты его встреч с объектами во время процесса AFP. Оптическая модель трассировки лучей предоставляет граничные условия теплового потока от лазера AFP для FE анализа. Когда объединено с ПО управления AFP — которое обычно не фокусируется на фазе склеивания/нагрева, а исключительно на позиционировании и контроле скорости — OTOM позволяет более быстрый путь к оптимизированной обработке термопластиковой композитной детали и производительности.

Замена проб и ошибок на 4.0 цифровое производство

ПО OTOM V.1.20, как говорят, убирает фазу проб и ошибок в процессах LATP/LATW. В зависимости от сложности продукта, пропускная способность может быть улучшена на несколько сотен процентов, особенно для разработки новых продуктов (NPD). Это в свою очередь приводит к значительным сокращениям времени, необходимого для дизайна, проверочных испытаний и оптимизации параметров процесса.

Рис. 2. Анизотропное отражение как результат взаимодействия лазера с препрег-лентой. Photo Credit: «Оптическая характеристика волокнисто-усиленных термопластиковых лент для лазерного композитного производства» Амин Заами и др.

Рис. 3. Разные геометрии лазерного облучения. Photo credit: «3D Численное моделирование лазерно-ассистированной намотки ленты …» Амин Заами и др.

Рис. 4. Геометрически меняющаяся кривизна подложки. Photo Credit: «Новая структура оптимизации процесса для лазерно-ассистированной намотки композитных давительных сосудов: контроль нестабильной температуры склеивания» Амин Заами и др.

Процесс LATP/LATW труден для описания, предсказания и оптимизации из-за сложной геометрии, переменной кривизны инструмента и анизотропных оптических и термических свойств используемых волокнисто-усиленных термопластиковых композитных лент. Также есть проблемы, такие как нестабильная обработка, простой станка, дым от перегрева материала, деградация материала, выдавливание (расплавленная матрица, выдавленная за края ленты) и необходимость сократить время производства. Эти проблемы могут быть решены инструментом таким как OTOM, который обеспечивает встроенный мониторинг, модель-базированный контроль и индустрию 4.0 цифровое производство.

Долгосрочная цель OTOM — достичь надежного производства деталей LATP/LATW путем компенсации вариабельности в производственном процессе для обеспечения повторяемых и предсказуемых свойств и производительности композитных деталей. OTOM был валидирован с использованием передовых численных техник и экспериментальных исследований. Этот инструмент способен оптимизировать каждый параметр процесса для конкретной цели оптимизации (например, нахождение оптимизированной лазерной мощности, нахождение оптимизированного угла лазера к нагреваемой зоне) для получения наивысшей эффективности процесса и качества продукта.

Взаимодействие лазера AFP с композитным ламинатом, локализация температуры для геометрически меняющейся подложки и даже эффект геометрии инструментирования могут быть полностью смоделированы и оптимизированы, все в одном месте. Мультифизический инструмент моделирования OTM, как сообщается, пролагает путь для оцифрованного процесса LATP/LATW, обеспечивая превосходное качество конечного продукта при минимизированном времени и стоимости производства.

OTOMcomposite

Запущенная в 2021 году, OTOMcomposite предоставляет услуги и программные решения растущему числу организаций по мере восстановления бизнеса после пандемии COVID-19. OTOMcomposite предлагает инженерные услуги клиентам удаленно или на их объекте, включая оценку производственной линии и качества продукта, технологическое консультирование и кастомизированное инженерное ПО. Эти услуги предоставляются компаниям и исследовательским организациям в авиации, нефти и газе, транспорте, автопроме и зеленой энергетике. OTOMcomposite также преследует сотрудничество с другими НИОКР отделами для применения ведущих технологий, связанных с композитами, а также участвует в публично и частно финансируемых НИОКР проектах. Для получения дополнительной информации свяжитесь с OTOMcomposite@outlook.com.