OTOMcomposite lanceert geavanceerde software voor laser-ondersteunde tapeplaatsing en -winding in Composieten 4.0

OTOMcomposite (Enschede, Nederland) is een startup die engineeringdiensten en software levert voor geautomatiseerde vezelplaatsing (AFP), laser-ondersteunde tapeplaatsing (LATP) en laser-ondersteunde tapewinding (LATW) technologie. LATP en LATW zijn veelbelovende productietechnieken om geavanceerde thermoplastische composietcomponenten te produceren (zie Uitdagingen van LATW). De hoofdelementen van dit proces worden weergegeven in Fig. 1. (Voor meer details zie, "Dry fiber placement: Surpassing limits").

Fig. 1. De hoofdelementen van laser-ondersteunde tapeplaatsing (LATP) en tapewinding (LATW) processen. Foto credit: "Temperature variation during continuous laser-assisted adjacent hoop winding of type-IV pressure vessels" door Amin Zaami, et. al.

in-situ," wat de productiekosten kan verminderen en post-consolidatie of verhardingsstappen kan elimineren. Ondanks de voordelen van deze productietechnieken, is het een lastige taak om het proces te voorspellen en te controleren, inclusief de laminaattemperatuur, kristalliniteit in de thermoplastische matrix, residuele spanning en algehele kwaliteit. Deze worden beïnvloed door de laserbestraling en reflecties (zie Fig. 2 hieronder), lokale toolinggeometrie, bereikte consolidatie en de specifieke procesparameters.

OTOMcomposite speelt een rol in de vitale mogelijkheid om de proces temperatuur tijdens LATP en LATW grondig te analyseren, wat cruciaal is voor de resulterende onderdeelseigenschappen en prestaties.

Softwareontwikkeling na ambliFibre project

De ontwikkeling van model-gebaseerde inline procescontrole voor LATW/LATP processen begon aan de Universiteit Twente binnen het EU-gefinanciede ambliFibre project. In nauwe samenwerking met het Fraunhofer Institute for Production Technology (IPT, Aken, Duitsland), werden meer dan 20 wetenschappelijke publicaties gepubliceerd tijdens/na dit project. In 2017 zag Dr. Amin Zaami het potentieel om een commercieel hulpmiddel voor LATP/LATW processen te produceren en begon met de ontwikkeling van het OTOM (optical thermal optimization model) hulpmiddel, dat geavanceerde finite elementen modellering (FEM) en ray tracing combineert.

Ray tracing is een techniek die het pad van licht volgt en de effecten van zijn botsingen met objecten tijdens het AFP-proces simuleert. Het ray-tracing optische model levert warmtestroom randvoorwaarden van de AFP-laser voor FE-analyse. Gecombineerd met AFC-besturingsoftware – die zich doorgaans niet richt op de binding/verhittingsfase, maar puur op positionering en snelheidscontrole – stelt OTOM een snellere weg in naar geoptimaliseerde verwerking van het thermoplastische composietonderdeel en prestaties.

Trial-and-error vervangen door 4.0 digitale productie

OTOM V.1.20 software wordt gezegd de trial-and-error-fase in LATP/LATW processen te verwijderen. Afhankelijk van de complexiteit van het product, kan de doorvoersnelheid met diverse honderden percenten verbeteren, met name voor nieuwe productontwikkeling (NPD). Dit resulteert op zijn beurt in significante verminderingen in de tijd die vereist is voor ontwerp, check-out proeven en optimalisatie van procesparameters.

Fig. 2. Anisotrope reflectie als resultaat van laserinteractie met prepreg tape. Foto credit: "Optical characterization of fiber-reinforced thermoplastic tapes for laser-based composite manufacturing" door Amin Zaami, et. al.

Fig. 3. Verschillende laserbestralingsgeometrieën. Foto credit: "3D Numerical Modeling of Laser Assisted Tape Winding ..." door Amin Zaami, et. al.

Fig. 4. Geometrisch veranderende substraatkromming. Foto credit: "New process optimization framework for laser assisted tape winding of composite pressure vessels: Controlling the unsteady bonding temperature" door Amin Zaami, et. al.

Het LATP/LATW-proces is moeilijk te beschrijven, voorspellen en optimaliseren vanwege de complexe geometrie, variërende toolkromming en anisotrope optische en thermische eigenschappen van de vezel-versterkte thermoplastische composiet tapes die gebruikt worden. Er zijn ook kwesties zoals onstabiele verwerking, machinedowntime, rook door oververhit materiaal, materiaal degradatie, squeeze-out (gesmolten matrix geperst buiten de randen van de tape) en de behoefte om productietijd te verminderen. Deze kunnen opgelost worden door een hulpmiddel als OTOM, dat voorziet in inline monitoring, model-gebaseerde controle en Industrie 4.0 digitale productie.

Het langetermijndoel van OTOM is om robuuste LATP/LATW onderdeelproductie te bereiken door te compenseren voor de variabiliteit in het productieproces om herhaalbare en voorspelbare composietonderdeel eigenschappen en prestaties mogelijk te maken. OTOM is gevalideerd met state-of-the-art numerieke technieken en experimentele studies. Dit hulpmiddel is in staat om elke procesparameter te optimaliseren voor een specifiek optimalisatiedoel (bijv. geoptimaliseerde laservermogen vinden, geoptimaliseerde laserhoek naar de verwarmde zone vinden) om de hoogste procesefficiëntie en productkwaliteit te krijgen.

Interactie van de AFP-laser met het composiet laminaat, temperatuurlocalisatie voor een geometrisch veranderend substraat en zelfs toolinggeometrie-effect kunnen volledig gesimuleerd en geoptimaliseerd worden, alles op één plek. Het multi-fysica-gebaseerde OTOM-modelleringshulpmiddel baant naar verluidt de weg voor een gedigitaliseerd LATP/LATW-proces, met superieure eindproductkwaliteit bij geminimaliseerde productietijd en kosten.

OTOMcomposite

Gelanceerd in 2021, biedt OTOMcomposite diensten en softwareoplossingen aan een groeiend aantal organisaties naarmate de business herstelt na de COVID-19 pandemie. OTOMcomposite biedt engineeringdiensten aan klanten op afstand of op hun locatie, inclusief productielijn- en productkwaliteitsbeoordeling, technologieconsulting en maatwerk engineering software. Deze diensten worden geleverd aan bedrijven en onderzoeksorganisaties in de luchtvaart, olie en gas, transport, automotive en groene energiesectoren. OTOMcomposite nastreeft ook samenwerking met andere R&D-afdelingen voor toepassing van toonaangevende technologieën gerelateerd aan composieten, alsook deelname aan publiek en prive gefinanciede R&D-projecten. Voor meer informatie, contacteer OTOMcomposite@outlook.com.