Революция в производстве композитов: легкий инструмент AFP-XS от Addcomposites

«Наша цель — снизить барьеры в производстве композитов», — говорит CEO Addcomposites Правин Лутада. Addcomposites разработал инструмент автоматизированной укладки волокна (AFP), который монтируется на любую существующую робототехническую руку.

AFP-XS доступен для покупки, но также и для аренды. Он легкий, весит 6,5 кг в пустом состоянии, и компактный. «Мы отправляем его в коробке примерно размера настольного компьютера», — говорит Лутада. «Запасные режущие лезвия и расходники также включены в стоимость аренды».

По моему мнению, это имеет высокий потенциал для разрушения рынка и также почти неизбежно, поскольку отрасль движется к умным производственным линиям и заводам Индустрии 4.0. Мы уже видим такие линии, созданные партнерством Airborne с SABIC и Factory 4.0 Testlab в университете Суинберн. Мы также наблюдаем сближение AFP и 3D-печати и комбинирование множественных процессов в единые автоматизированные системы или ячейки (например, AFP и филаментная намотка, ЧПУ обработка, лазерная обработка поверхности и соединение и т.д.) для достижения новой гибкости, многофункциональности и скорости. Если у Addcomposites получится по их желанию, большие, дорогие AFP-ячейки могут скоро стать прошлым.

Страсть к доступному производству композитов

Видение инструмента AFP-XS Addcomposites зародилось несколько лет назад, пока его CEO работал в Индийской космической исследовательской организации (ISRO). Стоит отметить, что Индия — один из самых быстрорастущих рынков композитов, и тем не менее, «нет систем AFP в Индии, о которых я бы знал», — говорит Лутада. «В ISRO мы анонсировали тендер на автоматизированную систему для производства композитов, в основном ламинатов и сэндвич-структур для спутников и ракет-носителей, но все полученные ответы были слишком дорогими. ISRO была довольно успешна в своих космических программах, но продолжала производить большинство своих композитных продуктов ручной укладкой».

Так родилась страсть Лутады к разработке доступного производства композитов. «По пути к основанию Addcomposites я строил и внедрял машины для филаментной намотки и системы 3D-печати для пластиков и керамики». Когда он переехал в Финляндию, чтобы получить степень магистра в Университете Аалто قرب Хельсинки, Лутада смог начать исследовательский проект по сделать автоматизацию в композитах более доступной. «Аалто не так силен в композитах, но они очень сильны в цифровом производстве, благодаря экосистеме открытой инновации в Финляндии», — объясняет он. «Мы смогли начать с чистого листа и переосмыслить весь дизайн головки AFP, исследуя, как сохранить стоимость максимально низкой».

«Мы просто подошли к проблеме иначе, чем текущие поставщики», — говорит Лутада. «Где они строят большие, дорогие автономные ячейки, мы разработали инструмент, который может подключаться и работать в существующей инфраструктуре — то есть, в любой робототехнической руке. Таким образом, наши клиенты не должны инвестировать в еще одну ячейку». Тем не менее, команда не была готова жертвовать авиационным качеством. Лутада отмечает, что инструмент AFP-XS надежен, построен из высококачественных деталей. «Наш главный усилий был в программном обеспечении и управлении».

Открытая и адаптивная экосистема для Composites 4.0

«Мы начали смотреть, как разработать оффлайн-программное обеспечение», — продолжает он. «Мы говорили с Dassault Systèmes и Autodesk, среди других, но системы становились слишком дорогими для наших клиентов. Поэтому мы посмотрели, какие открытые программные системы существуют. Победитель? Rhino 3D. «Он доступен за пожизненную лицензию около 1000 евро», — говорит Лутада. «Он также позволяет визуальное программирование, что делает легче скриптовые пользовательские изменения внутри программы, например, создание плана движения на основе доменно-специфического языка каждой машины».

«Хотя мы стараемся уже предоставлять большинство того, что нужно пользователю», — продолжает он, — «программное обеспечение спроектировано так, что операторы могут подключаться к контролям и получать доступ к данным. Подключение и управление текущими доступными инструментами AFP/ATL (автоматизированная укладка ленты) к любой существующей платформе движения, такой как робототехническая рука или ЧПУ станок, обычно довольно сложно. Поставщики ATL/AFP обычно ограничивают IO (ввод/вывод) инструмента. Мы решили, однако, использовать управление EtherCAT, которое работает как высокоскоростной поезд информации, постоянно бегущий между IO-портами контроллера робототехнической руки и инструментом. Данные собираются или сбрасываются на каждой станции на основе предопределенных команд для обеспечения полного доступа, обратной связи и контроля информации, передаваемой между роботом и инструментом AFP-XS. Этот подход обеспечивает управление и связь в реальном времени для применений Индустрии 4.0».

Лутада отмечает, что эта экосистема открытости предоставляет много гибкости. «Мы обеспечиваем очень высокую доступность, так что любой, работающий с CAM (компьютерно-управляемым производством), может интегрировать его в свою робототехническую платформу. Например, вы можете адаптировать AFP-XS для общения с инлайн-системами мониторинга или с робототехнической филаментной намоткой». Он отмечает, что провайдеры автоматизации узнали о том, что предлагается, из первоначального пресс-релиза компании (см. «Addcomposites представляет plug & play AFP/ATL»). «Некоторые из них обратились к нам, желая интегрировать нашу систему в их предложения производственных ячеек». Еще более важно, Лутада указывает, «наш дизайн также делает простым начало работы и запуск этой системы».

Материалы и спецификации

Головка AFP-XS может обрабатывать сухое волокно и препрег-ленты в ширине от 5 мм до 20 мм. «По мере разработки головки мы оптимизировали ее для каждого материала», — объясняет Лутада. «Мы начали сначала с сухого волокна, но теперь работаем с термореактивным препрегом и препрегом низкотемпературного термопластика, то есть материалами с Tg ниже 200°С, такими как PLA и полиамид. При запуске термопластичной ленты мы улучшаем систему для выполнения in-situ консолидации (ISC)». Он говорит, что компания скоро будет иметь хорошее количество данных на основе проекта ISC термопластичной ленты, который они ведут уже некоторое время. «Мы также запускаем вне автоклава (OOA) термореактивный препрег в конце этого месяца».

Что касается головки, Addcomposites разработал каждый компонент с целью снижения затрат, но достижения авиационного качества. «Мы разработали свой резак», — говорит Лутада. «Это заняло много итераций, но он невероятно легкий, действительно компактный и надежный. В настоящее время мы соответствуем точности -0/+2 мм, но работаем над еще более тесными допусками».

Низкий вес всех компонентов является ключевым. «Вес головки менее 10 кг, меняющийся только тем, сколько волокна пользователь хочет загрузить на катушку», — говорит менеджер по бизнес-развитию Addcomposites Джеймс Кулигоски. Ранее инженер по качеству в Hexcel, он добавляет, «Это помогает минимизировать размер необходимого робота, и таким образом снижает оборудовательные и эксплуатационные расходы».

Для нагрева AFP-XS в настоящее время использует инфракрасное излучение и горячий воздух. «Мы не используем лазеры, потому что они слишком дороги, плюс у них более высокие эксплуатационные и обслуживающие расходы», — отмечает Кулигоски. Это одна из причин, почему термопластики более высоких температур все еще в R&D. Однако Addcomposites также исследует другие нагревательные технологии, которые предлагают производительность, но доступны по цене.

AFP через Hardware-as-a-service (HaaS)

Addcomposites предлагает AFP-XS для покупки, но также и для аренды по ставкам 2000–3000 евро в месяц в зависимости от срока аренды. «Наша идея была в том, что даже как небольшой стартап или исследовательская группа, вы могли арендовать инструмент для помощи в производственном дизайне», — объясняет Лутада. «У вас готовы FEA и дизайн детали, но теперь нужно оптимизировать для производства. Дизайнер может запросить симуляцию производства детали через наш веб-сайт. Компания может затем арендовать инструмент на столько, сколько нужно, подключая его к имеющемуся роботу. Мы также можем помочь с локальными поставщиками роботов, если необходимо. Когда они закончат, они могут либо вернуть оборудование, либо купить его по сниженной цене».

К началу 2020 года Addcomposites хочет развернуть эту программу во всех странах ЕС, начиная с Франции, Германии, Польши и Великобритании. «В следующем году мы хотим получить 20 инструментов в Европе и США», — говорит Лутада.

Addcomposites уже использовал AFP-XS для работы по развитию космической отрасли в Финляндии и работал с другой финской компанией, которая разрабатывает термопластичные ленты. Он также только что завершил проект автоматизации производства с крупнейшим производителем композитов в Финляндии и проводит начальные пилотные работы для компании в США.

«Наш рынок включает университеты и исследовательские центры, но также и небольшие и средние компании, которые в настоящее время производят композиты с помощью ручной укладки и хотят получить опыт в AFP и автоматизации», — говорит Кулигоски. «Мы можем проводить испытания и снимать видео машины, пока она делает детали. Они затем могут арендовать и/или купить инструмент после просмотра его в работе на своих продуктах».

Как это соотносится с конкурентами?

Лутада признает, что выход AFP-XS еще не так высок, как у больших ячеек, которые сейчас продают поставщики систем AFP. «Но мы не теряем скорость укладки», — возражает он. «Материалы, которые мы обрабатываем, те же. Мы видим гораздо лучшие результаты с лентами, имеющими низкую вариацию, как и все остальные. Но что касается качества конечных ламинатов, произведенных, разницы нет». Поскольку компания не инфузирует и не отвердевает эти конечные ламинаты сама, а поставляет оборудование для производителей, она все еще в процессе сбора данных о ламинатах. С несколькими программами, теперь завершающимися, он отмечает, что эти данные скоро будут опубликованы на сайте Addcomposites.

«Мы начали исследовательский проект в Университете Аалто в 2017 году и основали Addcomposites в 2018 году», — говорит Лутада. «Мы научились так многому, работая с рядом производителей, и продолжаем продвигать систему AFP-XS. Эти улучшения будут развернуты для всех пользователей по мере их тестирования и доказательства. Сейчас система работает с роботами Kuka и в процессе проверки с ABB и Universal Robots».

«Мы верим, что композиты — это будущее для передового производства», — говорит Кулигоски, — «и мы страстно стремимся принести умное, автоматизированное производство всем производителям композитов доступным способом».

Посетите Addcomposites на Composites Europe, 9–12 сентября (Штутгарт, Германия) и следите за дальнейшими обновлениями от CW.