OTOMcomposite desarrolla software para la producción de Composites 4.0 utilizando colocación de cinta asistida por láser y bobinado

OTOMcomposite (Enschede, Países Bajos) es una startup que brinda servicios de ingeniería y software para la colocación automatizada de fibra (AFP), colocación de cinta asistida por láser (LATP) y tecnología de bobinado de cinta asistida por láser (LATW). LATP y LATW son técnicas de fabricación prometedoras para producir componentes compuestos termoplásticos avanzados (consulte Desafíos de LATW). Los elementos principales de este proceso se muestran en la Fig. 1. (Para obtener más detalles, consulte "Colocación de fibra seca:superando los límites").

Fig. 1. Los elementos principales de los procesos de colocación de cinta asistida por láser (LATP) y enrollado de cinta (LATW). Crédito de la foto:"Variación de temperatura durante el devanado continuo de aro adyacente asistido por láser de recipientes a presión tipo IV" por Amin Zaami, et. al.

En estos procesos se puede lograr una fabricación en un solo paso completamente automatizada cuando las cintas preimpregnadas reforzadas con fibra se consolidan “ in situ , ”Que puede reducir los costos de producción y eliminar los pasos de curado o de consolidación posterior. A pesar de las ventajas de estas técnicas de fabricación, es una tarea difícil predecir y controlar el proceso, incluida la temperatura del laminado, la cristalinidad en su matriz termoplástica, la tensión residual y la calidad general. Estos se ven afectados por la irradiación láser y los reflejos (consulte la Fig. 2 a continuación), la geometría de las herramientas locales, la consolidación lograda y los parámetros específicos del proceso.

OTOMcomposite juega un papel en la capacidad vital de analizar minuciosamente la temperatura del proceso durante LATP y LATW, que es fundamental para las propiedades y el rendimiento de la pieza resultante.

Desarrollo de software después del proyecto ambliFibre

El desarrollo de un control de procesos en línea basado en modelos para procesos LATW / LATP se inició en la Universidad de Twente dentro del proyecto ambliFibre, financiado con fondos europeos. En estrecha colaboración con el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción (IPT, Aachen, Alemania), se publicaron más de 20 publicaciones científicas durante o después de este proyecto. En 2017, el Dr. Amin Zaami vio el potencial para producir una herramienta comercial para procesos LATP / LATW y comenzó a desarrollar la herramienta OTOM (modelo óptico de optimización térmica), que combina el modelado avanzado de elementos finitos (FEM) y el trazado de rayos.

El trazado de rayos es una técnica que traza el camino de la luz y simula los efectos de sus encuentros con objetos durante el proceso AFP. El modelo óptico de trazado de rayos proporciona condiciones de límite de flujo de calor del láser AFP para el análisis de EF. Cuando se combina con el software de control AFP, que normalmente no se centra en la fase de unión / calentamiento, sino únicamente en el control de posicionamiento y velocidad, OTOM permite un camino más rápido hacia el procesamiento optimizado de la pieza y el rendimiento del compuesto termoplástico.

Reemplazo de prueba y error con fabricación digital 4.0

Se dice que el software OTOM V.1.20 elimina la fase de prueba y error en Procesos LATP / LATW. Dependiendo de la complejidad del producto, el rendimiento se puede mejorar en varios cientos por ciento, especialmente para el desarrollo de nuevos productos (NPD). Esto, a su vez, da como resultado reducciones significativas en el tiempo requerido para el diseño, las pruebas de verificación y la optimización de los parámetros del proceso.

Fig. 2. Reflexión anisotrópica como resultado de la interacción del láser con la cinta preimpregnada. Crédito de la foto:“Caracterización óptica de cintas termoplásticas reforzadas con fibra para la fabricación de compuestos a base de láser” por Amin Zaami, et. al.

Fig. 3 . Diferentes geometrías de irradiación láser. Crédito de la foto:"Modelado numérico 3D de bobinado de cinta asistido por láser ..." por Amin Zaami, et. al.

Higo . 4 . Curvatura del sustrato que cambia geométricamente. Crédito de la foto:“Nuevo marco de optimización de procesos para el devanado con cinta asistida por láser de recipientes a presión compuestos:control de la temperatura de unión inestable” por Amin Zaami, et. al.

El proceso LATP / LATW es difícil de describir, predecir y optimizar debido a la geometría compleja, la curvatura variable de la herramienta y las propiedades ópticas y térmicas anisotrópicas de las cintas compuestas termoplásticas reforzadas con fibra que se utilizan. También hay problemas como procesamiento inestable, tiempo de inactividad de la máquina, humo por sobrecalentamiento del material, degradación del material, exprimido (matriz derretida presionada más allá de los bordes de la cinta) y la necesidad de reducir el tiempo de producción. Estos pueden resolverse con una herramienta como OTOM, que proporciona supervisión en línea, control basado en modelos y fabricación digital de Industria 4.0.

El objetivo a largo plazo de OTOM es lograr una producción sólida de piezas LATP / LATW compensando la variabilidad en el proceso de fabricación para permitir propiedades y rendimiento repetitivos y predecibles de las piezas compuestas. OTOM ha sido validado utilizando técnicas numéricas de última generación y estudios experimentales. Esta herramienta es capaz de optimizar cada parámetro del proceso para un objetivo de optimización específico (por ejemplo, encontrar potencia láser optimizada, encontrar un ángulo láser optimizado hacia la zona calentada) para obtener la mayor eficiencia del proceso y la calidad del producto.

La interacción del láser AFP con el laminado compuesto, la localización de la temperatura para un sustrato que cambia geométricamente e incluso el efecto de la geometría de las herramientas se pueden simular y optimizar completamente, todo en un solo lugar. Según se informa, la herramienta de modelado OTOM basada en multifísica allana el camino para un proceso LATP / LATW digitalizado, proporcionando una calidad superior del producto final con un tiempo y costo de producción minimizados.

OTOMcomposite

Lanzado en 2021, OTOMcomposite ofrece servicios y soluciones de software a un número creciente de organizaciones a medida que el negocio se recupera después de la pandemia de COVID-19. OTOMcomposite ofrece servicios de ingeniería a clientes de forma remota o en su sitio, incluida la evaluación de la calidad de la línea de producción y del producto, consultoría tecnológica y software de ingeniería personalizado. Estos servicios se prestan a empresas y organizaciones de investigación de los sectores aeroespacial, de petróleo y gas, transporte, automoción y energías verdes. OTOMcomposite también busca la colaboración con otros departamentos de I + D para la aplicación de tecnologías líderes relacionadas con los compuestos, así como para participar en proyectos de I + D financiados con fondos públicos y privados. Para obtener más información, comuníquese con [email protected].