En la búsqueda de la sostenibilidad, los sensores están reduciendo los tiempos de ciclo, el uso y el desperdicio de energía, automatizando el control de procesos de circuito cerrado y aumentando el conocimiento, abriendo nuevas posibilidades para la fabricación y las estructuras inteligentes.#sensors #sustainability #SHM
Sensores a la izquierda (de arriba a abajo): flujo de calor (TFX), dieléctricos en molde (Lambient), ultrasonidos (Universidad de Augsburgo), dieléctricos desechables (Synthesites) y microcables entre centavos y termopares (AvPro).Gráficos (arriba, en el sentido de las agujas del reloj): constante dieléctrica de collo (CP) versus viscosidad iónica de collo (CIV), resistencia de la resina versus tiempo (Synthesites) y modelo digital de preformas implantadas de caprolactama utilizando sensores electromagnéticos (proyecto CosiMo, DLR ZLP, Universidad de Augsburgo).
A medida que la industria global continúa emergiendo de la pandemia de COVID-19, ha pasado a priorizar la sostenibilidad, lo que requiere reducir el desperdicio y el consumo de recursos (como energía, agua y materiales). Como resultado, la fabricación debe volverse más eficiente e inteligente. Pero esto requiere información. Para los compuestos, ¿de dónde provienen estos datos?
Como se describe en la serie de artículos Composites 4.0 de 2020 de CW, definir las mediciones necesarias para mejorar la calidad y la producción de las piezas, y los sensores necesarios para lograr esas mediciones, es el primer paso en la fabricación inteligente. Durante 2020 y 2021, CW informó sobre sensores dieléctricos. sensores, sensores de flujo de calor, sensores de fibra óptica y sensores sin contacto que utilizan ondas ultrasónicas y electromagnéticas, así como proyectos que demuestran sus capacidades (consulte el conjunto de contenidos de sensores en línea de CW). Este artículo se basa en este informe al analizar los sensores utilizados en materiales compuestos. materiales, sus beneficios y desafíos prometidos, y el panorama tecnológico en desarrollo. En particular, las empresas que están emergiendo como líderes en la industria de los compuestos ya están explorando y navegando en este espacio.
Red de sensores en CosiMo Para el demostrador de tapa del T-RTM se utiliza una red de 74 sensores, 57 de los cuales son sensores ultrasónicos desarrollados en la Universidad de Augsburgo (a la derecha, puntos de color azul claro en las mitades superior e inferior del molde). Moldeo del proyecto CosiMo para baterías de compuestos termoplásticos. Crédito de la imagen: proyecto CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Universidad de Augsburg
Objetivo n.º 1: ahorrar dinero. El blog de diciembre de 2021 de CW, “Sensores ultrasónicos personalizados para la optimización y el control de procesos compuestos”, describe el trabajo de la Universidad de Augsburgo (UNA, Augsburgo, Alemania) para desarrollar una red de 74 sensores que Para CosiMo proyecto para fabricar un demostrador de tapa de batería para vehículos eléctricos (materiales compuestos en transporte inteligente). La pieza se fabrica mediante moldeo por transferencia de resina termoplástica (T-RTM), que polimeriza el monómero de caprolactama in situ en un compuesto de poliamida 6 (PA6). Markus Sause, profesor de la UNA y jefe de la red de producción de inteligencia artificial (IA) de la UNA en Augsburgo, explica por qué los sensores son tan importantes: “La mayor ventaja que ofrecemos es la visualización de lo que sucede dentro de la caja negra durante el procesamiento. Actualmente, la mayoría de los fabricantes tienen sistemas limitados para lograrlo. Por ejemplo, utilizan sensores muy simples o específicos cuando utilizan la infusión de resina para fabricar piezas aeroespaciales de gran tamaño. Si el proceso de infusión sale mal, básicamente tendrás un gran trozo de chatarra. Pero si tiene una solución para comprender qué salió mal en el proceso de producción y por qué, puede arreglarlo y corregirlo, ahorrándole mucho dinero”.
Los termopares son un ejemplo de un “sensor simple o específico” que se ha utilizado durante décadas para monitorear la temperatura de los laminados compuestos durante el curado en autoclave o en horno. Incluso se usan para controlar la temperatura en hornos o mantas calefactoras para curar parches de reparación de compuestos usando Bonders térmicos. Los fabricantes de resina utilizan una variedad de sensores en el laboratorio para monitorear los cambios en la viscosidad de la resina a lo largo del tiempo y la temperatura para desarrollar formulaciones de curado. Sin embargo, lo que está surgiendo es una red de sensores que puede visualizar y controlar el proceso de fabricación in situ basándose en múltiples parámetros (por ejemplo, temperatura y presión) y el estado del material (por ejemplo, viscosidad, agregación, cristalización).
Por ejemplo, el sensor ultrasónico desarrollado para el proyecto CosiMo utiliza los mismos principios que la inspección ultrasónica, que se ha convertido en el pilar de las pruebas no destructivas (NDI) de piezas compuestas terminadas. Petros Karapapas, ingeniero principal de Meggitt (Loughborough, Reino Unido), dijo: "Nuestro objetivo es minimizar el tiempo y la mano de obra necesarios para la inspección posproducción de futuros componentes a medida que avanzamos hacia la fabricación digital". Colaboración del Materials Center (NCC, Bristol, Reino Unido) para demostrar la monitorización de un anillo EP 2400 de Solvay (Alpharetta, GA, EE. UU.) durante RTM utilizando un sensor dieléctrico lineal desarrollado en la Universidad de Cranfield (Cranfield, Reino Unido) Flujo y curado de oxiresina para un Carcasa compuesta de 1,3 m de largo, 0,8 m de ancho y 0,4 m de profundidad para un intercambiador de calor de motor de avión comercial.“Mientras buscábamos cómo hacer ensamblajes más grandes con mayor productividad, no podíamos permitirnos el lujo de realizar todas las inspecciones de posprocesamiento tradicionales y pruebas en cada pieza”, dijo Karapapas. “En este momento, fabricamos paneles de prueba junto a estas piezas RTM y luego hacemos pruebas mecánicas para validar el ciclo de curado. Pero con este sensor eso no es necesario”.
La sonda Collo se sumerge en el recipiente de mezcla de pintura (círculo verde en la parte superior) para detectar cuándo se completa la mezcla, ahorrando tiempo y energía. Crédito de la imagen: ColloidTek Oy
"Nuestro objetivo no es ser otro dispositivo de laboratorio, sino centrarnos en los sistemas de producción", dice Matti Järveläinen, director ejecutivo y fundador de ColloidTek Oy (Kolo, Tampere, Finlandia). El blog de CW de enero de 2022 "Fingerprint Liquids for Composites" explora las posibilidades de Collo. combinación de sensores de campo electromagnético (EMF), procesamiento de señales y análisis de datos para medir la “huella digital” de cualquier líquido como monómeros, resinas o adhesivos. “Lo que ofrecemos es una nueva tecnología que proporciona retroalimentación directa en tiempo real, para que pueda Comprenda mejor cómo funciona realmente su proceso y reaccione cuando algo salga mal”, dice Järveläinen. “Nuestros sensores convierten datos en tiempo real en cantidades físicas comprensibles y procesables, como la viscosidad reológica, que permiten la optimización del proceso. Por ejemplo, puede acortar los tiempos de mezcla porque puede ver claramente cuando se completa la mezcla. Por lo tanto, con You puedes aumentar la productividad, ahorrar energía y reducir los desechos en comparación con un procesamiento menos optimizado”.
Objetivo nº 2: aumentar el conocimiento y la visualización del proceso. Para procesos como la agregación, Järveläinen dice: “No se ve mucha información a partir de una sola instantánea. Simplemente tomas una muestra, vas al laboratorio y observas cómo era hace minutos u horas. Es como conducir por la autopista, cada hora abre los ojos un minuto y trata de predecir hacia dónde se dirige la carretera”. Sause está de acuerdo y señala que la red de sensores desarrollada en CosiMo “nos ayuda a obtener una imagen completa del proceso y del comportamiento del material. Podemos ver efectos locales en el proceso, en respuesta a variaciones en el espesor de la pieza o materiales integrados como el núcleo de espuma. Lo que intentamos hacer es proporcionar información sobre lo que realmente está sucediendo en el molde. Esto nos permite determinar diversa información, como la forma del frente de flujo, la llegada de cada tiempo parcial y el grado de agregación en cada ubicación del sensor”.
Collo trabaja con fabricantes de adhesivos epoxi, pinturas e incluso cerveza para crear perfiles de proceso para cada lote producido. Ahora cada fabricante puede ver la dinámica de su proceso y establecer parámetros más optimizados, con alertas para intervenir cuando los lotes estén fuera de las especificaciones. Esto ayuda estabilizar y mejorar la calidad.
Vídeo del frente de flujo en una pieza CosiMo (la entrada de inyección es el punto blanco en el centro) en función del tiempo, basado en datos de medición de una red de sensores en el molde. Crédito de la imagen: proyecto CosiMo, DLR ZLP Augsburg, Universidad de Augsburgo
"Quiero saber qué sucede durante la fabricación de la pieza, no abrir la caja y ver qué sucede después", dice Karapapas de Meggitt. "Los productos que desarrollamos utilizando los sensores dieléctricos de Cranfield nos permitieron ver el proceso in situ y también pudimos para verificar el curado de la resina”. El uso de los seis tipos de sensores que se describen a continuación (no es una lista exhaustiva, solo una pequeña selección, los proveedores también) pueden monitorear el curado/polimerización y el flujo de resina. Algunos sensores tienen capacidades adicionales y los tipos de sensores combinados pueden ampliar las posibilidades de seguimiento y visualización. durante el moldeado de compuestos. Esto se demostró durante CosiMo, que utilizó sensores en modo ultrasónico, dieléctrico y piezoresistivo para mediciones de temperatura y presión de Kistler (Winterthur, Suiza).
Objetivo #3: Reducir el tiempo del ciclo. Los sensores Collo pueden medir la uniformidad del epoxi de curado rápido de dos partes a medida que las partes A y B se mezclan e inyectan durante el RTM y en cada lugar del molde donde se colocan dichos sensores. Esto podría ayudar a permitir resinas de curado más rápido para aplicaciones como Urban Air Mobility (UAM), que proporcionarían ciclos de curado más rápidos en comparación con los epoxis monocomponentes actuales como el RTM6.
Los sensores Collo también pueden monitorear y visualizar el epoxi que se desgasifica, inyecta y cura, y cuándo se completa cada proceso. El acabado del curado y otros procesos basados en el estado real del material que se procesa (en comparación con las recetas tradicionales de tiempo y temperatura) se denomina gestión del estado del material. (MSM). Empresas como AvPro (Norman, Oklahoma, EE. UU.) han estado buscando MSM durante décadas para rastrear cambios en los materiales y procesos de las piezas mientras persigue objetivos específicos para la temperatura de transición vítrea (Tg), la viscosidad, la polimerización y/o cristalización. Por ejemplo, se utilizó una red de sensores y análisis digitales en CosiMo para determinar el tiempo mínimo requerido para calentar la prensa y el molde RTM y se encontró que el 96% de la polimerización máxima se logró en 4,5 minutos.
Los proveedores de sensores dieléctricos como Lambient Technologies (Cambridge, MA, EE. UU.), Netzsch (Selb, Alemania) y Synthesites (Uccle, Bélgica) también han demostrado su capacidad para reducir los tiempos de ciclo. Proyecto de I+D de Synthesites con los fabricantes de compuestos Hutchinson (París, Francia). ) y Bombardier Belfast (ahora Spirit AeroSystems (Belfast, Irlanda)) informan que, basándose en mediciones en tiempo real de la resistencia y la temperatura de la resina, a través de su unidad de adquisición de datos Optimold y el software Optiview se convierten en viscosidad estimada y Tg. “Los fabricantes pueden ver la Tg en tiempo real, para que puedan decidir cuándo detener el ciclo de curado”, explica Nikos Pantelelis, director de Synthesites. “No tienen que esperar para completar un ciclo de transferencia que sea más largo de lo necesario. Por ejemplo, el ciclo tradicional para RTM6 es un curado completo de 2 horas a 180°C. Hemos visto que esto se puede acortar a 70 minutos en algunas geometrías. Esto también se demostró en el proyecto INNOTOOL 4.0 (ver “Aceleración del RTM con sensores de flujo de calor”), donde el uso de un sensor de flujo de calor acortó el ciclo de curado del RTM6 de 120 minutos a 90 minutos.
Objetivo #4: Control de circuito cerrado de procesos adaptativos. Para el proyecto CosiMo, el objetivo final es automatizar el control de circuito cerrado durante la producción de piezas compuestas. Este es también el objetivo de los proyectos ZAero e iComposite 4.0 reportados por CW en 2020 (reducción de costos del 30-50%). Tenga en cuenta que estos implican diferentes procesos: colocación automatizada de cinta preimpregnada (ZAero) y preformado por pulverización de fibra en comparación con T-RTM de alta presión en CosiMo para RTM con epoxi de curado rápido (iComposite 4.0).Todos de estos proyectos utilizan sensores con modelos digitales y algoritmos para simular el proceso y predecir el resultado de la pieza terminada.
El control de procesos puede considerarse como una serie de pasos, explicó Sause. El primer paso es integrar sensores y equipos de proceso, dijo, “para visualizar lo que sucede en la caja negra y los parámetros a utilizar. Los otros pocos pasos, tal vez la mitad del control de circuito cerrado, son poder presionar el botón de parada para intervenir, ajustar el proceso y evitar piezas rechazadas. Como paso final, se puede desarrollar un gemelo digital, que puede automatizarse, pero que también requiere inversión en métodos de aprendizaje automático”. En CosiMo, esta inversión permite que los sensores introduzcan datos en el gemelo digital. El análisis de borde (cálculos realizados en el borde de la línea de producción frente a cálculos desde un depósito de datos central) se utiliza luego para predecir la dinámica del frente de flujo y el contenido de volumen de fibra por preforma textil. y posibles puntos secos. "Lo ideal es establecer ajustes que permitan el control de circuito cerrado y el ajuste del proceso", dijo Sause. "Estos incluirán parámetros como la presión de inyección, la presión del molde y la temperatura. También puedes utilizar esta información para optimizar tu material”.
Al hacerlo, las empresas están utilizando sensores para automatizar procesos. Por ejemplo, Synthesites está trabajando con sus clientes para integrar sensores con equipos para cerrar la entrada de resina cuando se completa la infusión o encender la prensa térmica cuando se logra el curado objetivo.
Järveläinen señala que para determinar qué sensor es mejor para cada caso de uso, "es necesario comprender qué cambios en el material y el proceso desea monitorear, y luego debe tener un analizador". Un analizador adquiere los datos recopilados por un interrogador o unidad de adquisición de datos. datos sin procesar y convertirlos en información utilizable por el fabricante. "De hecho, vemos muchas empresas que integran sensores, pero luego no hacen nada con los datos", dijo Sause. Lo que se necesita, explicó, es "un sistema de adquisición de datos, así como una arquitectura de almacenamiento de datos para poder procesar los datos”.
"Los usuarios finales no solo quieren ver datos sin procesar", dice Järveläinen. "Quieren saber: '¿Está optimizado el proceso?'". ¿Cuándo se puede dar el siguiente paso? Para hacer esto, es necesario combinar varios sensores. para el análisis y luego utilizar el aprendizaje automático para acelerar el proceso”. Este enfoque de análisis de bordes y aprendizaje automático utilizado por el equipo de Collo y CosiMo se puede lograr mediante mapas de viscosidad, modelos numéricos del frente de flujo de resina y, en última instancia, se visualiza la capacidad de controlar los parámetros del proceso y la maquinaria.
Optimold es un analizador desarrollado por Synthesites para sus sensores dieléctricos. Controlada por el software Optiview de Synthesites, la unidad Optimold utiliza mediciones de temperatura y resistencia de la resina para calcular y mostrar gráficos en tiempo real para monitorear el estado de la resina, incluida la proporción de mezcla, el envejecimiento químico, la viscosidad y la Tg. y grado de curado. Puede usarse en procesos de preimpregnado y formación de líquidos. Se usa una unidad Optiflow separada para monitorear el flujo. Synthesites también ha desarrollado un simulador de curado que no requiere un sensor de curado en el molde o pieza, sino que utiliza un sensor de temperatura y muestras de resina/preimpregnados en esta unidad analizadora. "Estamos utilizando este método de última generación para la infusión y el curado de adhesivos para la producción de palas de turbinas eólicas", dijo Nikos Pantelelis, director de Synthesites.
Los sistemas de control de procesos de Synthesites integran sensores, unidades de adquisición de datos Optiflow y/o Optimold, y el software OptiView y/o Online Resin Status (ORS). Crédito de la imagen: Synthesites, editado por The CW
Por lo tanto, la mayoría de los proveedores de sensores han desarrollado sus propios analizadores, algunos utilizando aprendizaje automático y otros no. Pero los fabricantes de compuestos también pueden desarrollar sus propios sistemas personalizados o comprar instrumentos disponibles en el mercado y modificarlos para satisfacer necesidades específicas. Sin embargo, la capacidad del analizador es Sólo hay un factor a considerar. Hay muchos otros.
El contacto también es una consideración importante al elegir qué sensor usar. Es posible que el sensor deba estar en contacto con el material, el interrogador o ambos. Por ejemplo, los sensores ultrasónicos y de flujo de calor se pueden insertar en un molde RTM de 1 a 20 mm de distancia. la superficie: el monitoreo preciso no requiere contacto con el material en el molde. Los sensores ultrasónicos también pueden interrogar piezas a diferentes profundidades dependiendo de la frecuencia utilizada. Los sensores electromagnéticos Collo también pueden leer la profundidad de líquidos o piezas (2-10 cm, dependiendo de la frecuencia de los interrogatorios y a través de recipientes o herramientas no metálicos en contacto con la resina.
Sin embargo, los microcables magnéticos (consulte “Monitoreo sin contacto de la temperatura y la presión dentro de los compuestos”) son actualmente los únicos sensores capaces de interrogar los compuestos a una distancia de 10 cm. Esto se debe a que utiliza inducción electromagnética para provocar una respuesta del sensor, que está incrustado en el material compuesto. El sensor de microcables ThermoPulse de AvPro, incrustado en la capa de unión adhesiva, ha sido interrogado a través de un laminado de fibra de carbono de 25 mm de espesor para medir la temperatura durante el proceso de unión. Dado que los microcables tienen un diámetro peludo de 3 a 70 micrones, no afectan el rendimiento del compuesto o de la línea de unión. En diámetros ligeramente mayores, de 100 a 200 micrones, los sensores de fibra óptica también se pueden incrustar sin degradar las propiedades estructurales. Sin embargo, debido a que utilizan luz para medir, los sensores de fibra óptica deben tener una conexión por cable al interrogador. Del mismo modo, dado que los sensores dieléctricos utilizan voltaje para medir las propiedades de la resina, también deben estar conectados a un interrogador, y la mayoría también debe estar en contacto con la resina que están monitoreando.
El sensor Collo Probe (superior) se puede sumergir en líquidos, mientras que Collo Plate (inferior) se instala en la pared de un recipiente/recipiente de mezcla o tubería de proceso/línea de alimentación. Crédito de la imagen: ColloidTek Oy
La capacidad de temperatura del sensor es otra consideración clave. Por ejemplo, la mayoría de los sensores ultrasónicos disponibles en el mercado normalmente funcionan a temperaturas de hasta 150 °C, pero las piezas en CosiMo deben formarse a temperaturas superiores a 200 °C. Por lo tanto, UNA Tuvo que diseñar un sensor ultrasónico con esta capacidad. Los sensores dieléctricos desechables de Lambent se pueden usar en superficies de piezas hasta 350 °C, y sus sensores reutilizables en molde se pueden usar hasta 250 °C. RVmagnetics (Kosice, Eslovaquia) ha desarrollado su sensor de microcables para materiales compuestos que puede resistir el curado a 500 °C. Si bien la tecnología del sensor Collo en sí no tiene límite de temperatura teórica, el protector de vidrio templado para la placa Collo y la nueva carcasa de polieteretercetona (PEEK) para la sonda Collo se prueban. para servicio continuo a 150°C, según Järveläinen. Mientras tanto, PhotonFirst (Alkmaar, Países Bajos) utilizó un recubrimiento de poliimida para proporcionar una temperatura de funcionamiento de 350°C para su sensor de fibra óptica para el proyecto SuCoHS, para lograr un funcionamiento sostenible y rentable. compuesto eficaz para altas temperaturas.
Otro factor a considerar, especialmente para la instalación, es si el sensor mide en un solo punto o es un sensor lineal con múltiples puntos de detección. Por ejemplo, los sensores de fibra óptica de Com&Sens (Eke, Bélgica) pueden tener hasta 100 metros de largo y presentar hasta hasta 40 puntos de detección de rejilla de Bragg (FBG) de fibra con un espacio mínimo de 1 cm. Estos sensores se han utilizado para el monitoreo de la salud estructural (SHM) de puentes compuestos de 66 metros de largo y el monitoreo del flujo de resina durante la infusión de grandes plataformas de puentes. Los sensores puntuales individuales para un proyecto de este tipo requerirían una gran cantidad de sensores y mucho tiempo de instalación. NCC y la Universidad de Cranfield afirman ventajas similares para sus sensores dieléctricos lineales. En comparación con los sensores dieléctricos de un solo punto ofrecidos por Lambient, Netzsch y Synthesites, “ Con nuestro sensor lineal, podemos monitorear el flujo de resina continuamente a lo largo, lo que reduce significativamente la cantidad de sensores necesarios en la pieza o herramienta”.
AFP NLR para sensores de fibra óptica Una unidad especial está integrada en el octavo canal del cabezal Coriolis AFP para colocar cuatro conjuntos de sensores de fibra óptica en un panel de prueba compuesto reforzado con fibra de carbono de alta temperatura. Crédito de la imagen: Proyecto SuCoHS, NLR
Los sensores lineales también ayudan a automatizar las instalaciones. En el proyecto SuCoHS, Royal NLR (Centro Aeroespacial Holandés, Marknesse) desarrolló una unidad especial integrada en el cabezal de Colocación Automatizada de Fibra (AFP) del octavo canal de Coriolis Composites (Queven, Francia) para incrustar cuatro matrices ( líneas de fibra óptica separadas), cada una con 5 a 6 sensores FBG (PhotonFirst ofrece un total de 23 sensores), en paneles de prueba de fibra de carbono. RVmagnetics ha colocado sus sensores de microcables en barras de refuerzo de GFRP pultruido. "Los cables son discontinuos [1-4 cm de largo para la mayoría de los microcables compuestos], pero se colocan automáticamente de forma continua cuando se produce la barra de refuerzo”, dijo Ratislav Varga, cofundador de RVmagnetics. “Tienes un microcable con un microcable de 1 kilómetro. bobinas de filamento y alimentarlas a las instalaciones de producción de barras de refuerzo sin cambiar la forma en que se fabrican las barras de refuerzo”. Mientras tanto, Com&Sens está trabajando en tecnología automatizada para integrar sensores de fibra óptica durante el proceso de bobinado del filamento en recipientes a presión.
Debido a su capacidad para conducir electricidad, la fibra de carbono puede causar problemas con los sensores dieléctricos. Los sensores dieléctricos utilizan dos electrodos colocados uno cerca del otro. "Si las fibras forman un puente entre los electrodos, provocan un cortocircuito en el sensor", explica el fundador de Lambient, Huan Lee. En este caso, utilice un filtro. “El filtro deja pasar la resina por los sensores, pero los aísla de la fibra de carbono”. El sensor dieléctrico lineal desarrollado por la Universidad de Cranfield y NCC utiliza un enfoque diferente, que incluye dos pares trenzados de cables de cobre. Cuando se aplica un voltaje, se crea un campo electromagnético entre los cables, que se utiliza para medir la impedancia de la resina. Los cables están recubiertos con un polímero aislante que no afecta el campo eléctrico, pero evita que la fibra de carbono se cortocircuite.
Por supuesto, el costo también es un problema. Com&Sens afirma que el costo promedio por punto de detección FBG es de 50 a 125 euros, que puede caer a alrededor de 25 a 35 euros si se usa en lotes (por ejemplo, para 100.000 recipientes a presión). solo una fracción de la capacidad de producción actual y proyectada de recipientes a presión compuestos, consulte el artículo de CW de 2021 sobre hidrógeno). Karapapas de Meggitt dice que ha recibido ofertas para líneas de fibra óptica con sensores FBG con un promedio de £250/sensor (≈300€/sensor), el interrogador vale alrededor de £10.000 (€12.000). "El sensor dieléctrico lineal que probamos era más bien un cable recubierto que se puede comprar en el mercado", añadió. "El interrogador que utilizamos", añade Alex Skordos, lector ( investigador senior) en Composites Process Science en la Universidad de Cranfield, “es un analizador de impedancia, que es muy preciso y cuesta al menos £30.000 [≈ €36.000], pero el NCC utiliza un interrogador mucho más simple que consiste básicamente en módulos de la empresa comercial Advise Deta [Bedford, Reino Unido]”. Synthesites cotiza 1.190 € para sensores en molde y 20 € para sensores de piezas o de un solo uso. En EUR, Optiflow se cotiza a 3.900 EUR y Optimold a 7.200 EUR, con descuentos crecientes para unidades de análisis múltiples. Estos precios incluyen el software Optiview y cualquier apoyo necesario, dijo Pantelelis, añadiendo que los fabricantes de palas eólicas ahorran 1,5 horas por ciclo, agregan palas por línea por mes y reducen el uso de energía en un 20 por ciento, con un retorno de la inversión de sólo cuatro meses.
Las empresas que utilizan sensores obtendrán una ventaja a medida que evolucione la fabricación digital de compuestos 4.0. Por ejemplo, dice Grégoire Beauduin, director de desarrollo empresarial de Com&Sens, “a medida que los fabricantes de recipientes a presión intentan reducir el peso, el uso de materiales y los costes, pueden utilizar nuestros sensores para justificar sus diseños y monitorear la producción a medida que alcancen los niveles requeridos para 2030. Los mismos sensores utilizados para evaluar los niveles de tensión dentro de las capas durante el bobinado y curado del filamento también pueden monitorear la integridad del tanque durante miles de ciclos de reabastecimiento de combustible, predecir el mantenimiento requerido y recertificar al final del diseño. vida. Podemos proporcionar un conjunto de datos de gemelos digitales para cada recipiente a presión compuesto producido y la solución también se está desarrollando para satélites”.
Habilitación de hilos y gemelos digitales Com&Sens está trabajando con un fabricante de compuestos para utilizar sus sensores de fibra óptica para permitir el flujo de datos digitales a través del diseño, la producción y el servicio (derecha) para admitir tarjetas de identificación digitales que respalden el gemelo digital de cada pieza (izquierda) fabricada. Crédito de la imagen: Com&Sens y Figura 1, “Ingeniería con hilos digitales” de V. Singh, K. Wilcox.
Por lo tanto, los datos de los sensores respaldan el gemelo digital, así como el hilo digital que abarca el diseño, la producción, las operaciones de servicio y la obsolescencia. Cuando se analizan utilizando inteligencia artificial y aprendizaje automático, estos datos retroalimentan el diseño y el procesamiento, mejorando el rendimiento y la sostenibilidad. También ha cambiado la forma en que las cadenas de suministro trabajan juntas. Por ejemplo, el fabricante de adhesivos Kiilto (Tampere, Finlandia) utiliza sensores Collo para ayudar a sus clientes a controlar la proporción de los componentes A, B, etc. en su equipo de mezcla de adhesivos multicomponente”. Ahora puede ajustar la composición de sus adhesivos para clientes individuales”, afirma Järveläinen, “pero también permite a Kiilto comprender cómo interactúan las resinas en los procesos de los clientes y cómo interactúan los clientes con sus productos, lo que está cambiando la forma en que se realiza el suministro. Las cadenas pueden trabajar juntas”.
OPTO-Light utiliza sensores de Kistler, Netzsch y Synthesites para monitorear el curado de piezas de CFRP de epoxi termoplástico sobremoldeado. Crédito de la imagen: AZL
Los sensores también admiten combinaciones innovadoras de materiales y procesos. Descrito en el artículo de CW de 2019 sobre el proyecto OPTO-Light (consulte “Termoplásticos termoestables sobremoldeados, ciclo de 2 minutos, una batería”), AZL Aachen (Aquisgrán, Alemania) utiliza un sistema de dos pasos. proceso para comprimir horizontalmente un solo preimpregnado de fibra de carbono/epóxido To (UD), luego sobremoldeado con PA6 reforzado con un 30% de fibra de vidrio corta. La clave es curar solo parcialmente el preimpregnado para que la reactividad restante en el epoxi pueda permitir la unión al termoplástico. .AZL utiliza analizadores Optimold y Netzsch DEA288 Epsilon con sensores dieléctricos Synthesites y Netzsch, sensores en el molde Kistler y software DataFlow para optimizar el moldeo por inyección”. Debe tener un conocimiento profundo del proceso de moldeo por compresión de preimpregnados porque debe asegurarse de comprender el estado de curado para lograr una buena conexión con el sobremoldeo termoplástico”, explica el ingeniero de investigación de AZL, Richard Schares. "En el futuro, el proceso puede ser adaptativo e inteligente, la rotación del proceso se activa mediante señales de sensores".
Sin embargo, existe un problema fundamental, afirma Järveläinen, “y es la falta de comprensión por parte de los clientes sobre cómo integrar estos diferentes sensores en sus procesos. La mayoría de las empresas no tienen expertos en sensores”. Actualmente, el camino a seguir requiere que los fabricantes de sensores y los clientes intercambien información de un lado a otro. Organizaciones como AZL, DLR (Augsburgo, Alemania) y NCC están desarrollando experiencia en sensores múltiples. Sause dijo que hay grupos dentro de la UNA, así como también empresas derivadas. empresas que ofrecen integración de sensores y servicios de gemelos digitales. Añadió que la red de producción de IA de Augsburgo ha alquilado una instalación de 7.000 metros cuadrados para este propósito, "ampliando el plan de desarrollo de CosiMo a un alcance muy amplio, incluidas células de automatización conectadas, donde los socios industriales Puede colocar máquinas, ejecutar proyectos y aprender a integrar nuevas soluciones de IA”.
Carapappas dijo que la demostración del sensor dieléctrico de Meggitt en el NCC fue solo el primer paso. “En última instancia, quiero monitorear mis procesos y flujos de trabajo e introducirlos en nuestro sistema ERP para saber de antemano qué componentes fabricar, qué personas necesita y qué materiales pedir. Se desarrolla la automatización digital”.
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Hora de publicación: 20 de mayo de 2022
