Leonardo, OEM italiano y proveedor de primer nivel, colaboró con el departamento de I+D de CETMA para desarrollar nuevos materiales, máquinas y procesos compuestos, incluida la soldadura por inducción para la consolidación in situ de compuestos termoplásticos.#Tendencia#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, líder en la producción de materiales compuestos, produce cilindros de fuselaje de una sola pieza para el Boeing 787. Está trabajando con CETMA para desarrollar nuevas tecnologías, incluido el moldeo por compresión continua (CCM) y SQRTM (abajo).Producción tecnológica.Fuente |Leonardo y CETMA
Este blog se basa en mi entrevista con Stefano Corvaglia, ingeniero de materiales, director de I+D y director de propiedad intelectual del departamento de estructura de aviones de Leonardo (Grottaglie, Pomigliano, Foggia, instalaciones de producción de Nola, sur de Italia), y una entrevista con el Dr. Silvio Pappadà, investigador ingeniero y jefe.Proyecto de cooperación entre CETMA (Brindisi, Italia) y Leonardo.
Leonardo (Roma, Italia) es uno de los principales actores mundiales en los sectores aeroespacial, de defensa y de seguridad, con una facturación de 13.800 millones de euros y más de 40.000 empleados en todo el mundo.La empresa ofrece soluciones integrales para sistemas aéreos, terrestres, marítimos, espaciales, de redes y de seguridad, y no tripulados en todo el mundo.La inversión en I+D de Leonardo es de aproximadamente 1.500 millones de euros (11% de los ingresos de 2019), ocupando el segundo lugar en Europa y el cuarto en el mundo en términos de inversión en investigación en los campos aeroespacial y de defensa.
Leonardo Aerostructures produce cilindros de fuselaje compuestos de una sola pieza para las piezas 44 y 46 del Boeing 787 Dreamliner.Fuente |leonardo
Leonardo, a través de su departamento de estructuras de aviación, proporciona a los principales programas de aeronaves civiles del mundo la fabricación y el montaje de grandes componentes estructurales de materiales compuestos y tradicionales, incluidos el fuselaje y la cola.
Leonardo Aerostructures produce estabilizadores horizontales compuestos para el Boeing 787 Dreamliner.Fuente |leonardo
En cuanto a los materiales compuestos, la División de Estructura Aeroespacial de Leonardo produce “barriles de una sola pieza” para las secciones 44 y 46 del fuselaje central del Boeing 787 en su planta de Grottaglie y los estabilizadores horizontales en su planta de Foggia, que representan aproximadamente el 14% del fuselaje del 787.%.La producción de otros productos de estructura compuesta incluye la fabricación y montaje del alerón trasero de los aviones comerciales ATR y Airbus A220 en su planta de Foggia.Foggia también produce piezas compuestas para el Boeing 767 y programas militares, incluido el Joint Strike Fighter F-35, el caza Eurofighter Typhoon, el avión de transporte militar C-27J y el Falco Xplorer, el último miembro de la familia de aviones no tripulados Falco producido. por Leonardo.
"Junto con CETMA, estamos realizando muchas actividades, como en compuestos termoplásticos y moldeo por transferencia de resina (RTM)", dijo Corvaglia.“Nuestro objetivo es preparar las actividades de I+D para la producción en el menor tiempo posible.En nuestro departamento (I+D y gestión de propiedad intelectual), también buscamos tecnologías disruptivas con un TRL más bajo (nivel de preparación técnica, es decir, el TRL más bajo es incipiente y está más lejos de la producción), pero esperamos ser más competitivos y brindar ayuda a los clientes de todo el mundo. mundo."
Pappadà añadió: “Desde nuestros esfuerzos conjuntos, hemos estado trabajando duro para reducir los costos y el impacto ambiental.Hemos descubierto que los compuestos termoplásticos (TPC) se han reducido en comparación con los materiales termoestables”.
Corvaglia señaló: "Desarrollamos estas tecnologías junto con el equipo de Silvio y construimos algunos prototipos de baterías automatizadas para evaluarlas en producción".
"CCM es un gran ejemplo de nuestros esfuerzos conjuntos", afirmó Pappadà.“Leonardo ha identificado ciertos componentes fabricados con materiales compuestos termoestables.Juntos exploramos la tecnología para proporcionar estos componentes en TPC, centrándonos en los lugares donde hay una gran cantidad de piezas en la aeronave, como estructuras de empalme y formas geométricas simples.Montantes.”
Piezas fabricadas mediante la línea de producción de moldeo por compresión continua de CETMA.Fuente |“CETMA: Innovación italiana en I+D de materiales compuestos”
Y continuó: "Necesitamos una nueva tecnología de producción con bajo coste y alta productividad".Señaló que en el pasado se generaba una gran cantidad de residuos durante la fabricación de un solo componente de TPC.“Entonces, produjimos una forma de malla basada en tecnología de moldeo por compresión no isotérmica, pero hicimos algunas innovaciones (patente pendiente) para reducir el desperdicio.Diseñamos una unidad totalmente automática para esto y luego una empresa italiana la construyó para nosotros.“
Según Pappadà, la unidad puede producir componentes diseñados por Leonardo, “un componente cada 5 minutos, trabajando las 24 horas del día”.Sin embargo, su equipo tuvo que descubrir cómo producir las preformas.Y explica: "Al principio necesitábamos un proceso de laminación plana, porque en aquel momento ese era el cuello de botella".“Entonces, nuestro proceso comenzó con un material en blanco (laminado plano) y luego lo calentó en un horno de infrarrojos (IR).Y luego ponerlo en la prensa para darle forma.Los laminados planos generalmente se producen utilizando prensas grandes, que requieren de 4 a 5 horas de ciclo.Decidimos estudiar un nuevo método que pueda producir laminados planos más rápido.Por eso, en Leonardo, con el apoyo de ingenieros, desarrollamos una línea de producción de CCM de alta productividad en CETMA.Redujimos el tiempo de ciclo de piezas de 1 m por 1 m a 15 minutos.Lo importante es que se trata de un proceso continuo, por lo que podemos producir una duración ilimitada”.
La cámara termográfica infrarroja (IRT) en la línea de perfilado progresivo SPARE ayuda a CETMA a comprender la distribución de temperatura durante el proceso de producción y generar análisis 3D para verificar el modelo informático durante el proceso de desarrollo de CCM.Fuente |“CETMA: Innovación italiana en I+D de materiales compuestos”
Sin embargo, ¿cómo se compara este nuevo producto con el CCM que Xperion (ahora XELIS, Markdorf, Alemania) ha utilizado durante más de diez años?Pappadà dijo: "Hemos desarrollado modelos analíticos y numéricos que pueden predecir defectos como los huecos".“Hemos colaborado con Leonardo y la Universidad de Salento (Lecce, Italia) para comprender los parámetros y su impacto en la calidad.Utilizamos estos modelos para desarrollar este nuevo CCM, donde podemos tener un alto espesor pero también lograr una alta calidad.Con estos modelos, no sólo podemos optimizar la temperatura y la presión, sino también optimizar su método de aplicación.Puedes desarrollar muchas técnicas para distribuir uniformemente la temperatura y la presión.Sin embargo, necesitamos comprender el impacto de estos factores en las propiedades mecánicas y el crecimiento de defectos de las estructuras compuestas”.
Pappadà continuó: “Nuestra tecnología es más flexible.De manera similar, CCM fue desarrollado hace 20 años, pero no hay información al respecto porque las pocas empresas que lo utilizan no comparten conocimientos y experiencia.Por lo tanto, debemos empezar desde cero, basándonos únicamente en nuestro conocimiento de los materiales compuestos y su procesamiento”.
"Ahora estamos analizando planes internos y trabajando con los clientes para encontrar los componentes de estas nuevas tecnologías", dijo Corvaglia."Es posible que sea necesario rediseñar y recalificar estas piezas antes de que pueda comenzar la producción".¿Por qué?“El objetivo es hacer que el avión sea lo más ligero posible, pero a un precio competitivo.Por tanto, también debemos optimizar el espesor.Sin embargo, podemos encontrar que una pieza puede reducir el peso o identificar varias piezas con formas similares, lo que puede ahorrar mucho dinero”.
Reiteró que hasta ahora esta tecnología ha estado en manos de pocas personas.“Pero hemos desarrollado tecnologías alternativas para automatizar estos procesos agregando moldes de prensa más avanzados.Ponemos un laminado plano y luego sacamos una parte del mismo, listo para usar.Estamos en proceso de rediseño de piezas y desarrollo de piezas planas o perfiladas.El escenario del CCM”.
"Ahora tenemos una línea de producción de CCM muy flexible en CETMA", afirmó Pappadà.“Aquí podemos aplicar diferentes presiones según sea necesario para lograr formas complejas.La línea de productos que desarrollaremos junto con Leonardo estará más enfocada en cumplir con los componentes específicos requeridos.Creemos que se pueden utilizar diferentes líneas CCM para largueros planos y en forma de L en lugar de formas más complejas.De esta manera, en comparación con las grandes prensas que se utilizan actualmente para producir piezas geométricas complejas de TPC, podemos mantener el costo del equipo bajo”.
CETMA utiliza CCM para producir largueros y paneles a partir de cinta unidireccional de fibra de carbono/PEKK, y luego utiliza soldadura por inducción de este demostrador de haz de quilla para conectarlos en el proyecto Clean Sky 2 KEELBEMAN gestionado por EURECAT.Fuente|”Se realiza un demostrador para soldar vigas de quilla termoplásticas”.
"La soldadura por inducción es muy interesante para materiales compuestos, porque la temperatura se puede ajustar y controlar muy bien, el calentamiento es muy rápido y el control es muy preciso", afirmó Pappadà.“Junto con Leonardo, desarrollamos la soldadura por inducción para unir componentes de TPC.Pero ahora estamos considerando utilizar soldadura por inducción para la consolidación in situ (ISC) de cinta TPC.Para ello hemos desarrollado una nueva cinta de fibra de carbono que se puede calentar muy rápidamente mediante soldadura por inducción utilizando una máquina especial.La cinta utiliza el mismo material base que la cinta comercial, pero tiene una arquitectura diferente para mejorar el calentamiento electromagnético.Mientras optimizamos las propiedades mecánicas, también estamos considerando el proceso para intentar cumplir con diferentes requisitos, como cómo abordarlos de manera rentable y eficiente a través de la automatización”.
Señaló que es difícil lograr ISC con cinta TPC con buena productividad.“Para utilizarlo en la producción industrial, es necesario calentar y enfriar más rápido y aplicar presión de forma muy controlada.Por eso, decidimos utilizar soldadura por inducción para calentar solo una pequeña zona donde se consolida el material, y el resto de los laminados se mantienen fríos”.Pappadà dice que el TRL para la soldadura por inducción utilizada para el montaje es mayor.“
La integración in situ mediante calentamiento por inducción parece extremadamente disruptiva; actualmente, ningún otro OEM o proveedor de nivel está haciendo esto públicamente."Sí, esto puede ser una tecnología disruptiva", dijo Corvaglia.“Hemos solicitado patentes para la máquina y los materiales.Nuestro objetivo es un producto comparable a los materiales compuestos termoestables.Mucha gente intenta utilizar TPC para AFP (Colocación automática de fibra), pero el segundo paso debe combinarse.En términos de geometría, esta es una gran limitación en términos de costo, tiempo de ciclo y tamaño de la pieza.De hecho, podemos cambiar la forma en que producimos piezas aeroespaciales”.
Además de los termoplásticos, Leonardo continúa investigando la tecnología RTM.“Ésta es otra área en la que cooperamos con CETMA y se han patentado nuevos desarrollos basados en la tecnología antigua (en este caso SQRTM).Moldeo por transferencia de resina calificado desarrollado originalmente por Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, EE. UU.) (SQRTM).Corvaglia dijo: “Es importante contar con un método de autoclave (OOA) que nos permita utilizar materiales que ya estén calificados.“Esto también nos permite utilizar preimpregnados con características y cualidades bien conocidas.Hemos utilizado esta tecnología para diseñar, demostrar y solicitar una patente para marcos de ventanas de aviones.“
A pesar del COVID-19, CETMA todavía está procesando el programa Leonardo, aquí se muestra el uso de SQRTM para fabricar estructuras de ventanas de aviones para lograr componentes libres de defectos y acelerar el preformado en comparación con la tecnología RTM tradicional.Por lo tanto, Leonardo puede sustituir piezas metálicas complejas por piezas compuestas de malla sin ningún procesamiento adicional.Fuente |CETMA, Leonardo.
Pappadà señaló: “Esta también es una tecnología más antigua, pero si te conectas a Internet, no puedes encontrar información sobre esta tecnología”.Una vez más, utilizamos modelos analíticos para predecir y optimizar los parámetros del proceso.Con esta tecnología podemos obtener una buena distribución de la resina -sin zonas secas ni acumulación de resina- y una porosidad casi nula.Como podemos controlar el contenido de fibra, podemos producir propiedades estructurales muy altas y la tecnología puede usarse para producir formas complejas.Usamos los mismos materiales que cumplen con los requisitos de curado en autoclave, pero usamos el método OOA, pero también puede optar por usar una resina de curado rápido para acortar el tiempo del ciclo a unos pocos minutos.“
"Incluso con el preimpregnado actual, hemos reducido el tiempo de curado", dijo Corvaglia.“Por ejemplo, en comparación con un ciclo de autoclave normal de 8 a 10 horas, para piezas como marcos de ventanas, SQRTM se puede utilizar durante 3 a 4 horas.El calor y la presión se aplican directamente a las piezas y la masa de calentamiento es menor.Además, el calentamiento de la resina líquida en el autoclave es más rápido que el del aire y la calidad de las piezas también es excelente, lo que resulta especialmente beneficioso para formas complejas.Sin repasos, casi cero huecos y excelente calidad de superficie, porque es la herramienta la que controla, no la bolsa de la aspiradora.
Leonardo está utilizando una variedad de tecnologías para innovar.Debido al rápido desarrollo de la tecnología, cree que la inversión en I+D de alto riesgo (bajo TRL) es esencial para el desarrollo de nuevas tecnologías necesarias para productos futuros, lo que supera las capacidades de desarrollo incremental (a corto plazo) que ya poseen los productos existentes. .El plan maestro de I+D 2030 de Leonardo combina una combinación de estrategias a corto y largo plazo, lo que constituye una visión unificada para una empresa sostenible y competitiva.
Como parte de este plan, pondrá en marcha Leonardo Labs, una red corporativa internacional de laboratorios de I+D dedicados a la I+D y la innovación.Hasta 2020, la empresa intentará abrir los primeros seis laboratorios Leonardo en Milán, Turín, Génova, Roma, Nápoles y Taranto, y está contratando 68 investigadores (Leonardo Research Fellows) con competencias en los siguientes campos): 36 sistemas inteligentes autónomos para puestos de inteligencia artificial, 15 análisis de big data, 6 computación de alto rendimiento, 4 electrificación de plataformas de aviación, 5 materiales y estructuras, y 2 tecnologías cuánticas.El Laboratorio Leonardo desempeñará el papel de puesto de innovación y creador de la tecnología del futuro de Leonardo.
Vale la pena señalar que la tecnología de Leonardo comercializada en aviones también puede aplicarse en sus departamentos terrestres y marítimos.Estén atentos para obtener más actualizaciones sobre Leonardo y su impacto potencial en los materiales compuestos.
La matriz une el material reforzado con fibras, da forma al componente compuesto y determina la calidad de su superficie.La matriz compuesta puede ser polimérica, cerámica, metálica o de carbono.Esta es una guía de selección.
Para aplicaciones compuestas, estas microestructuras huecas reemplazan mucho volumen con poco peso y aumentan el volumen de procesamiento y la calidad del producto.
Hora de publicación: 09-feb-2021