Al servicio del mundo de los compuestos en Israel y los EE. UU.

Elbit Systems Ltd. (Haifa) es el mayor contratista de defensa de Israel, con una facturación de US $ 3.3 mil millones en 2017 y una acumulación de más de US $ 7.5 mil millones en 2018. Sus actividades incluyen sistemas y estructuras para aviones militares y comerciales, vehículos terrestres, patria. seguridad y una variedad de inteligencia, electrónica y sistemas cibernéticos. De sus 12.500 empleados, casi 3.000 están en los EE. UU., Trabajando con su subsidiaria Elbit Systems of America, que mantiene múltiples ubicaciones, incluso en los estados de Utah y New Hampshire en EE. UU. Y en Ft. Worth, TX, EE. UU. Y Elbit Cyclone se ha expandido a un sitio adicional, llamado Ciclón de Aero-Structure Technologies (ATC) , cerca del aeropuerto internacional de Tbilisi, Georgia, construido en colaboración con el gobierno de Georgia. Ha finalizado la construcción de una instalación de 12.000m2, equipada con dos autoclaves y mecanizado CNC y capacidad NDI. “Estamos trabajando ahora para calificar esta ubicación con los principales fabricantes de equipos originales de aeronaves”, dice Jonathan Hulaty, gerente senior de desarrollo comercial y marketing de Elbit Cyclone.

La subsidiaria Cyclone de Elbit Systems tiene su sede en el norte de Israel y sirve como centro de diseño y producción para estructuras y ensamblajes de aviones de metal y compuestos. La compañía se encuentra en el mismo sitio, cerca de Karmiel, donde se estableció Cyclone en 1970, en un solo edificio, para brindar servicios de mantenimiento, reparación y revisión (MRO) para aviones y helicópteros de la Fuerza Aérea de Israel. El viento en espiral generado por el giro de las palas de los helicópteros inspiró el nombre original de la empresa.

Cyclone había establecido la capacidad de materiales compuestos en la década de 1980 y comenzó a trabajar para clientes fuera de Israel, construyendo puertas metálicas para McDonnell Douglas DC-10 y MD-11 aviones de fuselaje ancho y piezas para F-15 y F-16 aviones militares y el Gulfstream G-200 jet de negocios.

Elbit adquirió Cyclone a fines de la década de 1990, invirtió en la empresa y, para 2010, había triplicado su tamaño. Para 2017, Cyclone había producido 11,000 puertas de aluminio para los aviones comerciales 737 de The Boeing Co. (Chicago, IL, EE. UU.), Incluidas puertas de entrada en popa, puertas de cocina y puertas de carga en popa y proa. Luego contrató directamente a Boeing para la producción de ensambles de piso compuesto y piezas de detalle para el 787 Dreamliner . , y con Spirit AeroSystems (Wichita, KS, EE. UU.) para las partes compuestas en la Sección 41 del fuselaje de esa misma aeronave. También suministra vigas de piso de pasajeros para la variante Boeing 787-8. La compañía ahora es reconocida como Proveedor Preferido Nivel Oro de Boeing, el premio al proveedor más importante de Boeing. Cyclone es uno de los pocos que lo ha logrado y es el primero fuera de EE. UU.

La empresa también suministra piezas para los jets ejecutivos de largo alcance de Bombardier (Montreal, QC, Canadá) y varias piezas para tres variantes del F-35 anclado en EE. UU. Rayo II . Otros notables en la larga lista de clientes de Cyclone incluyen Lockheed Martin, Sikorsky, GKN Aerospace, Textron, Triumph, Northrop Grumman y Bell Helicopter.

Hulaty, CW's anfitrión de la gira, recuerda:“A fines de la década de 1990, teníamos 400 empleados. Ahora, somos cinco veces mayores en ventas, con 500 empleados. Esto es posible gracias a nuestro énfasis en los procesos ajustados. La mayor parte de lo que hacemos es fabricar para imprimir, lo que puede que no suene genial, pero representa una gran parte de nuestra industria ". Hulaty agrega que los requisitos de calidad, repetibilidad y competitividad, junto con la inversión en equipos y sistemas de calidad necesaria para cumplir con la producción, hacen de esta una posición difícil pero interesante en el mercado:"Ser un proveedor de nivel de compuestos aeroespaciales no es para los débiles de corazón".

Lejos de desmayarse, Cyclone vio cómo su negocio de compuestos aumentaba más allá de sus trabajos de metalurgia el año pasado para abarcar la mayor parte de su producción, con una división de aproximadamente 60/40. Hulaty pronostica que el crecimiento continuará:"Este año, probablemente pasaremos al 70% de compuestos".

Competencia en piezas

CW's El recorrido comienza en la sala de conferencias principal del sitio, donde Hulaty ofrece una breve introducción. La producción de Cyclone, explica, se divide en un 50/50 entre militares y comerciales. Las piezas compuestas comerciales incluyen puertas de tren de aterrizaje, piezas de góndolas, revestimientos, carenados, superficies de control y rejillas de piso estructurales. Los compuestos militares incluyen revestimientos, puertas, tanques externos enrollados con filamento, pilones, superficies de control y tomas de aire y motores de helicópteros.

Cyclone también diseñó el ala exterior y el brazo trasero para un vehículo aéreo no tripulado de altitud media y larga duración (UAV MALE) que vuela a altitudes de 3048-9144 m durante períodos prolongados (por ejemplo, de 24 a 48 horas). Sin embargo, señala Hulaty, la empresa ya no hace mucho trabajo con vehículos aéreos no tripulados. “Los vehículos aéreos no tripulados suelen ser pequeños y utilizan una bandeja húmeda, lo que no es nuestra experiencia”, explica. Hay vehículos aéreos no tripulados más grandes fabricados con preimpregnado, pero Hulaty señala que estos suelen producirse en cantidades más pequeñas o fabricados internamente por Boeing, General Atomics y otros grandes fabricantes de equipos originales de defensa. "Preferimos la producción en serie prolongada de piezas preimpregnadas frente a los programas esporádicos".

Las capacidades de las piezas preimpregnadas de Cyclone incluyen la reducción de volumen al vacío de múltiples capas mediante la formación de cortinas en caliente (HDF) y el curado en autoclave. La inspección no destructiva (NDI) y el mecanizado CNC de las piezas curadas se completan en el sitio, y una experiencia especial es la producción a alta velocidad de conjuntos complejos de metal y compuestos. Cyclone ha completado todas las certificaciones de calidad y fabricación aeroespacial (por ejemplo, AS9100, Nadcap, ISO9001) y ha desarrollado capacidades en el devanado de filamentos y el moldeo por transferencia de resina (RTM).

RTM era, de hecho, CW Primera introducción a Cyclone. El desarrollo de la empresa de una alternativa unificada y totalmente compuesta a las puertas metálicas para pasajeros en aviones comerciales se presentó en la CW de 2013 artículo "Reducir el costo de las aeroestructuras compuestas integradas". La tecnología utilizó RTM y accesorios compuestos geométricamente bloqueados para lograr una estructura certificable por la FAA con muy pocos sujetadores, un ahorro de peso del 30% y una reducción de costos del 25-35% en comparación con los diseños compuestos de aluminio y "aluminio negro". CW describió la exitosa construcción de Cyclone de una puerta compuesta completamente libre de sujetadores, así como la extensión de la tecnología a superficies de control de aeronaves compuestas más livianas y de menor costo. en una actualización de 2016 titulada "Superficies de control y puertas compuestas de aviones sin sujetadores". Hulaty concluye sus comentarios introductorios señalando la Puerta n. ° 1 sin sujetadores, que se exhibe en la sala de conferencias. La pieza es impresionante, con un acabado de gran calidad. Luego lidera la salida del edificio.

Diseño y prueba optimizados

Hulaty dirige el recorrido cuesta abajo y luego gira a la izquierda hacia la entrada del edificio de producción de compuestos de Cyclone. Aquí también se exhiben varias partes:carenados de patines de cola de Boeing 767, un Beechcraft King Air Winglet y partes compuestas del F-35. Pasada la entrada, una sala limpia de acceso restringido para la producción relacionada con la defensa permanece cerrada a la izquierda. A la derecha, los trabajadores de la sala limpia para las piezas del Boeing 787 colocan preimpregnado para una variedad de piezas, desde pequeños clips y montantes hasta complejas vigas en J, I y C, así como puertas de tren de aterrizaje de morro de varias piezas. El preimpregnado se corta utilizando un cortador de tela automático Bullmer Assyst (Wakefield, Reino Unido) y una máquina de guillotina para cortar pilas gruesas en cualquier ángulo. El congelador de preimpregnaciones se encuentra junto a la sala limpia. Hulaty señala que a veces se cortan pilas de preimpregnado, se preparan y se vuelven a colocar en el congelador. Los sistemas de proyección láser Aligned Vision (Chelmsford, MA, EE. UU.) Ubicados en toda la sala limpia ayudan a colocar las manos.

Las piezas de las vigas del piso de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) se colocan sobre mandriles de metal macho. Hulaty detalla el proceso simplificado:“Primero colocamos las pilas de preimpregnado y luego las aplicamos al mandril. Esto ahorra mucho tiempo en comparación con la aplicación gradual sobre la herramienta. A continuación, se cubren las capas con un revestimiento de CFRP de nuestro propio diseño, que ayuda a garantizar una repetibilidad del 100% en las piezas ”.

Una máquina formadora de cortinas en caliente se encuentra a lo largo de la pared trasera de la sala limpia, lo que permite reducir el volumen de muchas piezas por ciclo. "No sé cómo se hace este tipo de producción de piezas preimpregnadas de alta velocidad sin formación de cortinas en caliente", dice Hulaty en referencia a piezas como vigas y montantes. Y, sin embargo, reconoce que este paso no es el cuello de botella ni el autoclave. “El mecanizado al final, después del curado, es el cuello de botella”, sostiene, y explica que para las piezas de vigas de piso largas, es más rápido apilar una pila simple y mecanizarla después del curado. “El autoclave no es el problema porque podemos apilar muchas piezas para curar al mismo tiempo”, agrega. "Entonces, en realidad obtenemos una buena tasa de producción por ciclo de curado".

En una gran área contigua, cuatro autoclaves se encuentran a lo largo de la pared trasera. “Obtener el tamaño adecuado para sus autoclaves es complicado”, sostiene Hulaty, “porque está tratando de equilibrar la tasa de producción y obtener suficientes piezas por ciclo, sin tener un volumen demasiado grande para calentar y enfriar, lo que lleva tiempo . " Los autoclaves Cyclone de 3 m de diámetro suministrados por Thermal Equipment Corp. (TEC, Rancho Dominguez, CA, EE. UU.) Van desde 5 my 10 m de longitud hasta el más largo, 11 m.

Un entrepiso sobre la bahía del autoclave alberga un departamento de pruebas de control de calidad. Aquí, los probadores de Zwick (Ulm, Alemania) tienen cámaras climáticas para los ciclos de temperatura, necesarias para probar los materiales utilizados en las superficies de control de las aeronaves. “Realizan ciclos de temperatura y carga, de acuerdo con las especificaciones OEM”, dice Hulaty. "Hacemos todas las pruebas internamente y podemos realizar calificaciones de materiales porque casi todos nuestros clientes han visitado y calificado nuestro laboratorio".

Muestra micrografías de un relleno de radio de CFRP ("fideos") fabricado por Cyclone, utilizado en varias construcciones de vigas preimpregnadas. "Este es un problema muy complejo cuando se fabrican piezas en las que el ala de la viga debe conectarse a la red y se usa un fideo para permitir la transferencia de carga y evitar huecos", explica Hulaty, que lleva el recorrido a un segundo laboratorio de pruebas, donde Se pulen pequeños discos y se colocan en el equipo de prueba Tegramin fabricado por Struers (Ballerup, Dinamarca). “Esto prueba la coherencia de nuestro proceso de laminado”, señala, enfatizando, “Lo probamos nosotros mismos, no para cumplir con los requisitos del cliente, sino para asegurarnos de que lo estamos haciendo bien con nuestros propios procesos, adhiriéndonos a nuestra propia calidad. estándares ".

NDI y mecanizado

A continuación, el recorrido visita una instalación adyacente, que alberga el aseguramiento de la calidad final (QA) y las operaciones de mecanizado. El área NDI de techo alto alberga una gran máquina de prueba de ultrasonido de transmisión a través (TTU) suministrada por Matec Instrument Cos. (Northborough, MA, EE. UU.) A la izquierda, completa con un chorro de agua para acoplar las ondas de sonido a la superficie de la pieza. “Un lado del equipo TTU puede transmitir y recibir mientras que el otro es solo un receptor”, explica Hulaty. "Con esto, podemos escanear piezas de tamaño mediano a grande, como el carenado de un avión comercial, en media jornada de ocho horas". Afirma que este es el sistema TTU más grande utilizado en Israel para NDI, y agrega:“Escaneamos cada pieza de material compuesto que hacemos. A veces, los carenados pueden someterse a una inspección basada en estadísticas después de un tiempo, porque son estructuras secundarias y no son críticas para el vuelo, pero aún así preferimos escanear cada una ". De acuerdo con esta preferencia, Hulaty señala que Cyclone emplea dos técnicos de pruebas no destructivas (NDT) de nivel III para compuestos.

Continuando por el laboratorio, a la derecha hay otra máquina de prueba ultrasónica automatizada (UT), fabricada por ScanMaster Systems Ltd. (Rosh-Ha'ayin, Israel). Aunque las piezas compuestas también se sumergen en tanques de agua aquí, esto no es para un sistema C-scan. En cambio, los tanques sirven UT de matriz en fase, un método muy rápido que proporciona mayor precisión que un C-scan, pero para formas más simples.

A medida que el recorrido pasa por los estantes de piezas en varias etapas del proceso de control de calidad, Hulaty señala las herramientas almacenadas junto a la bahía de NDT. “Diseñamos y fabricamos la mayoría de nuestras herramientas internamente, tanto metálicas como compuestas, pero algunos clientes prefieren suministrar las suyas propias. También podemos realizar cambios en el diseño de las herramientas para mejorar la producción, por supuesto, solo con la aprobación del cliente ".

A través de una puerta y un pasillo corto, el recorrido ingresa a las operaciones de CNC, que albergan centros de mecanizado CNC gemelos de 5 ejes suministrados por Breton (Castello di Godego, Italia), una empresa establecida originalmente en la industria de la cantería. “Los componentes de la máquina Breton se fabricaron con protección contra el polvo de piedra”, dice el director de ingeniería de CNC Trevor Hutson. “Por lo tanto, funcionan bien con CFRP. Descubrimos que las máquinas CNC para trabajar la madera no eran lo suficientemente robustas para nuestras necesidades de producción ”.

Hulaty señala que la temperatura del edificio se mantiene a 26 ° C ± 1 ° C. “Cada máquina se detendrá si alguno de sus parámetros no cumple con las especificaciones”, explica. Las máquinas pueden manipular piezas de hasta 5 m de largo y 2,2 m de ancho con 1 m de recorrido en la dirección z. Su precisión volumétrica se cita como 50 micrones (0,002 pulgadas).

Una vez que se completa el mecanizado, se conecta un cabezal de la máquina de medición de coordenadas (CMM) y realiza una CMM en la pieza para el control de calidad final. Esto se informa e incluye con la pieza a través del sistema de control digital de la máquina para ahorrar tiempo de inspección. "Calibramos la sonda CMM, luego tomamos las medidas de la pieza", dice la ingeniera de CNC Karin Hartman, quien, junto con Hutson, funciona como la segunda experta en mecanizado CNC de Cyclone. “Esto proporciona resultados en tiempo real, por lo que podemos resolver cualquier problema antes de migrarlo a más de una parte”, agrega Hutson. "También ahorra tiempo, ya que permite realizar cualquier mecanizado de inmediato".

Montaje e I + D

Aquí, el recorrido sale del edificio NDT / CNC para caminar de regreso por la colina pasando el edificio que albergaba la sala de conferencias a una estructura adyacente, que se adapta a las operaciones de ensamblaje. Hulaty señala las muchas estaciones de ensamblaje, que producen las vigas del piso, la viga de la cabina de vuelo, la viga de alma cortante y la bahía de equipo electrónico (aviónica) para la Sección 41 del 787. Estos, junto con la puerta del pozo de la rueda de morro (NWWD), se enviarán a Spirit AeroSystems en los EE. UU., Listo para ingresar a la línea de producción de esa compañía para el 787 Sección 41, la sección del fuselaje delantero.

Al observar la estación de ensamblaje de la banda de cizalla con mayor detalle, Hulaty explica que soporta el piso de carga de la Sección 41, proporcionando soporte transversal a través de la panza del avión. El conjunto incluye dos vigas longitudinales más seis puntales, todos ensamblados al revés. Una plantilla giratoria simple mantiene las piezas juntas para facilitar la sujeción de los montantes.

“Los composites entran aquí ya perforados”, señala Hulaty. "En este edificio solo se perfora metal". El metal también está anodizado y pintado en la parte trasera del edificio. Las instrucciones de montaje se muestran en un monitor de computadora en cada estación, utilizando un sistema estándar. “Pero las instrucciones son nuestras”, dice. "Lo modificamos para hablar con los modelos de CATIA para cada pieza, y luego nuestro departamento de ingeniería creó las instrucciones de montaje". Explica que el color rojo indica un cambio o error cometido en el pasado. “Es un entorno casi sin papel, habilitado por la infraestructura de la pantalla táctil. Las tarjetas de ruta siguen la parte electrónicamente ".

Continuando, Hulaty señala un sistema antimisiles para aviones comerciales, llamado C-MUSIC (contramedida de infrarrojos multiespectral comercial). Fue desarrollado por la división ISTAR de Elbit Systems, y Cyclone diseñó la estructura del sistema, incluidos los permitidos generados internamente. Aunque los mecanismos del sistema y la estructura interior son metálicos, su carenado / radomo es de composite.

"Todas las aerolíneas israelíes deben estar equipadas con esto", dice. “Es un sistema autónomo montado en la panza del avión a través de un kit que es plug-and-play. Diseñado para contrarrestar los misiles de búsqueda de calor portátiles, lanzados desde el hombro, se dispara un láser al misil entrante si este sistema está activado ". Implementados por primera vez en un Boeing 737 en 2013, Hulaty dice que los sistemas C-MUSIC tienen miles de horas de funcionamiento en aviones comerciales y se han probado en el Embraer 170 y 190 así como la mayoría de las plataformas comerciales de Boeing y varios modelos de Airbus (Toulouse, Francia).

Al otro lado de la calle, en el laboratorio de I + D, el pasillo de entrada exhibe una variedad de piezas, incluidas algunas hechas de titanio impreso en 3D. CW se entera de que este último es el resultado de las actividades de un consorcio israelí dirigido por el jefe de I + D de Elbit-Cyclone, Lior Zilberman. El objetivo del consorcio era avanzar en la tecnología de fabricación aditiva para la producción de aeroestructuras. “También estamos interesados ​​en su potencial para aumentar nuestras capacidades de ensamblaje”, dice Hulaty. Los usos adicionales pueden incluir piezas para programas de actualización de helicópteros, que según él son recorridos notoriamente pequeños (por ejemplo, cinco helicópteros), "por lo que las herramientas no son una opción asequible". Otras partes en la exhibición de I + D incluyen una hélice marina hecha con RTM y una aleta desarrollada con un cliente para reemplazar un ensamblaje de panal de dos piezas con una parte simple e integrada.

El desarrollo de estructuras compuestas unificadas se ha convertido en uno de los puntos fuertes de Cyclone. El winglet utiliza preimpregnado de carbono / epoxi monolítico procesado en autoclave (OOA) para reducir el peso, el costo y el tiempo de entrega. Las mismas ventajas se logran en una superficie de control integrada sin sujetadores, fabricada en un proceso RTM de una sola vez. Zilberman también ha liderado la empresa en el desarrollo de estructuras multifuncionales con recolección de energía incorporada, capacidad de transformación de forma y sistemas de monitoreo de salud estructural / NDI en alas giratorias y fijas, así como alas fijas y giratorias compuestas autoadaptables.

El laboratorio de I + D comprende una sala de corte, una sala de mecanizado y una sala de desarrollo RTM. Este último contiene una prensa de 360 ​​toneladas de Lauffer Pressen (Horb am Neckar, Alemania) con un sistema de energía de 700 kW para calentar moldes para piezas de hasta 2 por 2 m. Cyclone trabajó con Polymer G (Halutza, Israel) para desarrollar el sistema de inyección de resina para la puerta del pasajero integrada y sin sujetadores y la tecnología de la superficie de control. También hay un horno grande para precalentar los moldes RTM y / o postcurar las piezas de resina epoxi.

Inversión en producción futura

Al concluir la gira, Hulaty señala que la producción y el montaje de alta velocidad requieren inversión. A lo largo del recorrido, hemos visto ejemplos de esto en los laboratorios de prueba de Cyclone y la capacidad NDI, así como en su enfoque del mecanizado. La empresa también implementó el software Total Production Optimization (TPO) de Plataine (Waltham, MA, EE. UU.), Que se utiliza para lograr ahorros de material de dos dígitos en sus operaciones de corte de preimpregnado. TPO reemplazó el corte secuencial anterior y el anidado de preimpregnado con un sistema digital automatizado que optimiza los nidos de corte en múltiples partes utilizando los mismos materiales. Este sistema también ha ayudado a mejorar el rendimiento de fabricación y reducir el tiempo necesario para cortar y configurar la máquina.

“Nuestros clientes confían en nosotros para entregar piezas de alta calidad, pero también debemos buscar constantemente formas de administrar los costos y permitir mayores tasas de producción”, dice Hulaty. Elbit Cyclone continúa buscando nuevas oportunidades y ve un futuro brillante, aunque lleno de desafíos. "Tenemos una estrategia firme, que se está probando a sí misma, como lo demuestra el crecimiento de la empresa", dice Hulaty. "Dicho esto, nuestra estrategia está en constante evolución, adaptándose a los cambios del mercado". La impresión que perdura es una confianza pragmática basada en el conocimiento y la experiencia, una empresa que continuará cumpliendo su papel de convertir la promesa de tecnología avanzada en una producción confiable de compuestos aeroespaciales.