OTOMcomposite ontwikkelt software voor de productie van Composites 4.0 met behulp van laserondersteunde tapeplaatsing en -wikkeling

OTOMcomposite (Enschede, Nederland) is een startup die technische diensten en software levert voor geautomatiseerde glasvezelplaatsing (AFP), laser-assisted tape placement (LATP) en laser-assisted tape winding (LATW) technologie. LATP en LATW zijn veelbelovende fabricagetechnieken om geavanceerde thermoplastische composietcomponenten te produceren (zie Uitdagingen van LATW). De belangrijkste elementen van dit proces zijn weergegeven in Afb. 1. (Zie voor meer details "Droge vezelplaatsing:overtreffen limieten").

Afb. 1. De belangrijkste elementen van laser-assisted tape placement (LATP) en tape winding (LATW) processen. Photo Credit:"Temperatuurvariatie tijdens continue laserondersteunde aangrenzende hoepelwikkeling van type IV-drukvaten" door Amin Zaami, et. al.

Een volledig geautomatiseerde productie in één stap kan in deze processen worden bereikt wanneer de vezelversterkte prepreg-tapes "in-situ worden geconsolideerd ”, wat de productiekosten kan verlagen en post-consolidatie- of uithardingsstappen kan elimineren. Ondanks de voordelen van deze fabricagetechnieken, is het een moeilijke taak om het proces te voorspellen en te beheersen, inclusief de laminaattemperatuur, kristalliniteit in de thermoplastische matrix, restspanning en algehele kwaliteit. Deze worden beïnvloed door de laserstraling en -reflecties (zie Fig. 2 hieronder), de lokale gereedschapsgeometrie, de bereikte consolidatie en de specifieke procesparameters.

OTOMcomposiet speelt een rol bij het essentiële vermogen om de procestemperatuur grondig te analyseren tijdens LATP en LATW, wat van cruciaal belang is voor de resulterende onderdeeleigenschappen en prestaties.

Softwareontwikkeling na ambliFibre-project

De ontwikkeling van modelgebaseerde inline procesbesturing voor LATW/LATP-processen is begonnen aan de Universiteit Twente binnen het door de EU gefinancierde ambliFibre-project. In nauwe samenwerking met het Fraunhofer Instituut voor Productietechnologie (IPT, Aken, Duitsland) zijn tijdens/na dit project meer dan 20 wetenschappelijke publicaties uitgebracht. In 2017 zag Dr. Amin Zaami het potentieel om een ​​commerciële tool voor LATP/LATW-processen te produceren en begon hij met de ontwikkeling van de OTOM-tool (optisch thermisch optimalisatiemodel), die geavanceerde eindige-elementenmodellering (FEM) en raytracing combineert.

Ray tracing is een techniek die het pad van licht volgt en de effecten simuleert van de ontmoeting met objecten tijdens het AFP-proces. Het ray-tracing optische model biedt warmteflux-randvoorwaarden van de AFP-laser voor FE-analyse. In combinatie met AFP-besturingssoftware - die zich doorgaans niet richt op de verlijmings-/verwarmingsfase, maar uitsluitend op positionering en snelheidsregeling - maakt OTOM een snellere weg mogelijk naar geoptimaliseerde verwerking van het thermoplastische composietonderdeel en de prestaties.

Tal en error vervangen door 4.0 digitale productie

OTOM V.1.20-software zou de trial-and-error-fase in verwijderen LATP/LATW-processen. Afhankelijk van de complexiteit van het product kan de doorvoer met enkele honderden procenten worden verbeterd, vooral voor de ontwikkeling van nieuwe producten (NPD). Dit resulteert op zijn beurt in een aanzienlijke vermindering van de tijd die nodig is voor ontwerp, check-out-tests en optimalisatie van procesparameters.

Afb. 2. Anisotrope reflectie als gevolg van laserinteractie met prepreg-tape. Photo Credit:"Optische karakterisering van vezelversterkte thermoplastische tapes voor op laser gebaseerde composietproductie" door Amin Zaami, et. al.

Afb. 3 . Verschillende laserbestralingsgeometrieën. Fotocredit:"3D-numerieke modellering van laserondersteunde tapewikkeling ..." door Amin Zaami, et. al.

Fig . 4 . Geometrisch veranderende substraatkromming. Photo Credit:"Nieuw procesoptimalisatiekader voor lasergestuurde tapewikkeling van composietdrukvaten:het beheersen van de onstabiele bindingstemperatuur" door Amin Zaami, et. al.

Het LATP/LATW-proces is moeilijk te beschrijven, voorspellen en optimaliseren vanwege de complexe geometrie, variërende gereedschapskromming en anisotrope optische en thermische eigenschappen van de vezelversterkte thermoplastische composiettapes die worden gebruikt. Er zijn ook problemen zoals onstabiele verwerking, stilstandtijd van de machine, rook van oververhit materiaal, materiaaldegradatie, uitpersen (gesmolten matrix die voorbij de randen van de tape wordt gedrukt) en de noodzaak om de productietijd te verminderen. Deze kunnen worden opgelost door een tool zoals OTOM, die zorgt voor inline monitoring, modelgebaseerde besturing en digitale fabricage van Industrie 4.0.

De langetermijndoelstelling van OTOM is om een ​​robuuste LATP/LATW-onderdeelproductie te realiseren door de variabiliteit in het productieproces te compenseren om repetitieve en voorspelbare eigenschappen en prestaties van samengestelde onderdelen mogelijk te maken. OTOM is gevalideerd met behulp van state-of-the-art numerieke technieken en experimentele studies. Deze tool kan elke procesparameter optimaliseren voor een specifiek optimalisatiedoel (bijvoorbeeld het vinden van geoptimaliseerd laservermogen, het vinden van een optimale laserhoek naar de verwarmde zone) om de hoogste procesefficiëntie en productkwaliteit te verkrijgen.

De interactie van de AFP-laser met het composietlaminaat, temperatuurlokalisatie voor een geometrisch veranderend substraat en zelfs het geometrie-effect van de tooling kunnen volledig worden gesimuleerd en geoptimaliseerd, allemaal op één plek. De op multifysica gebaseerde OTOM-modelleringstool maakt naar verluidt de weg vrij voor een gedigitaliseerd LATP/LATW-proces, dat superieure kwaliteit van het eindproduct biedt tegen minimale productietijd en -kosten.

OTOMcomposiet

OTOMcomposite, gelanceerd in 2021, levert diensten en softwareoplossingen aan een groeiend aantal organisaties naarmate het bedrijf herstelt na de COVID-19-pandemie. OTOMcomposite biedt technische diensten aan klanten op afstand of op hun locatie, inclusief beoordeling van de productielijn en productkwaliteit, technologieadvies en op maat gemaakte engineeringsoftware. Deze diensten worden geleverd aan bedrijven en onderzoeksorganisaties in de sectoren lucht- en ruimtevaart, olie en gas, transport, automobiel en groene energie. OTOMcomposite streeft ook naar samenwerking met andere R&D-afdelingen voor de toepassing van toonaangevende technologieën met betrekking tot composieten, evenals voor deelname aan openbare en particuliere gefinancierde R&D-projecten. Neem voor meer informatie contact op met [email protected].