OTOMcomposite desenvolve software para produção de Composites 4.0 usando colocação e enrolamento assistido por laser

OTOMcomposite (Enschede, Holanda) é uma startup que fornece serviços de engenharia e software para colocação automatizada de fibra (AFP), colocação de fita assistida por laser (LATP) e tecnologia de enrolamento de fita assistida por laser (LATW). LATP e LATW são técnicas de fabricação promissoras para produzir componentes de compósitos termoplásticos avançados (consulte Desafios do LATW). Os principais elementos deste processo são mostrados na Fig. 1. (Para mais detalhes, consulte “Colocação da fibra seca:Ultrapassando os limites”).

Fig. 1. Os principais elementos dos processos de colocação de fita assistida por laser (LATP) e enrolamento de fita (LATW). Crédito da foto:“Variação de temperatura durante o enrolamento de arco adjacente assistido por laser contínuo de vasos de pressão tipo IV” por Amin Zaami, et. al.

Uma fabricação totalmente automatizada em uma única etapa pode ser alcançada nesses processos quando as fitas pré-impregnadas reforçadas com fibra são consolidadas “ in-situ , ”O que pode reduzir os custos de produção e eliminar as etapas de pós-consolidação ou cura. Apesar das vantagens dessas técnicas de fabricação, é uma tarefa difícil prever e controlar o processo, incluindo a temperatura do laminado, cristalinidade em sua matriz termoplástica, tensões residuais e qualidade geral. Estes são afetados pela irradiação do laser e reflexos (ver Fig. 2 abaixo), geometria local da ferramenta, consolidação alcançada e os parâmetros específicos do processo.

O OTOMcomposite desempenha um papel importante na capacidade vital de analisar minuciosamente a temperatura do processo durante o LATP e o LATW, o que é crítico para as propriedades e o desempenho da peça resultante.

Desenvolvimento de software após o projeto ambliFibre

O desenvolvimento de controle de processo em linha baseado em modelo para processos LATW / LATP foi iniciado na Universidade de Twente no projeto ambliFibre financiado pela UE. Em estreita colaboração com o Fraunhofer Institute for Production Technology (IPT, Aachen, Alemanha), mais de 20 publicações científicas foram lançadas durante / após este projeto. Em 2017, o Dr. Amin Zaami viu o potencial de produzir uma ferramenta comercial para processos LATP / LATW e começou a desenvolver a ferramenta OTOM (modelo de otimização térmica óptica), que combina modelagem de elemento finito avançado (FEM) e traçado de raio.

Ray tracing é uma técnica que traça o caminho da luz e simula os efeitos de seus encontros com objetos durante o processo AFP. O modelo óptico de rastreamento de raio fornece condições de limite de fluxo de calor do laser AFP para análise FE. Quando combinado com o software de controle AFP - que normalmente não se concentra na fase de colagem / aquecimento, mas apenas no controle de posicionamento e velocidade - o OTOM permite um caminho mais rápido para o processamento otimizado da peça e do desempenho do composto termoplástico.

Substituindo tentativa e erro pela manufatura digital 4.0

O software OTOM V.1.20 supostamente remove a fase de tentativa e erro em Processos LATP / LATW. Dependendo da complexidade do produto, o rendimento pode ser melhorado em várias centenas por cento, especialmente para o desenvolvimento de novos produtos (NPD). Isso, por sua vez, resulta em reduções significativas no tempo necessário para o projeto, os testes de verificação e a otimização dos parâmetros do processo.

Fig. 2. Reflexão anisotrópica como resultado da interação do laser com a fita pré-impregnada. Crédito da foto:“Caracterização óptica de fitas termoplásticas reforçadas com fibra para fabricação de compósitos à base de laser” por Amin Zaami, et. al.

Fig. 3 . Diferentes geometrias de irradiação de laser. Crédito da foto:“Modelagem Numérica 3D de Enrolamento de Fita com Laser Assistido…” por Amin Zaami, et. al.

Fig . 4 . Curvatura do substrato em mudança geométrica. Crédito da foto:“Nova estrutura de otimização de processo para enrolamento de fita assistida por laser de vasos de pressão compostos:Controlando a temperatura de colagem instável” por Amin Zaami, et. al.

O processo LATP / LATW é difícil de descrever, prever e otimizar devido à geometria complexa, curvatura variável da ferramenta e propriedades ópticas e térmicas anisotrópicas das fitas compostas termoplásticas reforçadas com fibra utilizadas. Também há problemas como processamento instável, tempo de inatividade da máquina, fumaça de superaquecimento do material, degradação do material, compressão (matriz derretida pressionada além das bordas da fita) e a necessidade de reduzir o tempo de produção. Isso pode ser resolvido por uma ferramenta como o OTOM, que fornece monitoramento em linha, controle baseado em modelo e manufatura digital Industry 4.0.

O objetivo de longo prazo do OTOM é alcançar uma produção robusta de peças LATP / LATW, compensando a variabilidade no processo de fabricação para permitir propriedades e desempenho repetitivos e previsíveis de peças compostas. OTOM foi validado usando técnicas numéricas de última geração e estudos experimentais. Esta ferramenta é capaz de otimizar cada parâmetro do processo para um objetivo de otimização específico (por exemplo, encontrar a potência do laser otimizada, encontrar o ângulo do laser otimizado em direção à zona aquecida) para obter a mais alta eficiência do processo e qualidade do produto.

A interação do laser AFP com o laminado composto, a localização da temperatura para um substrato que muda geometricamente e até mesmo o efeito da geometria da ferramenta podem ser totalmente simulados e otimizados, tudo em um só lugar. A ferramenta de modelagem OTOM com base multifísica supostamente abre caminho para um processo LATP / LATW digitalizado, fornecendo qualidade superior do produto final com tempo e custo de produção minimizados.

OTOMcomposto

Lançado em 2021, o OTOMcomposite está fornecendo serviços e soluções de software para um número crescente de organizações à medida que os negócios se recuperam após a pandemia de COVID-19. OTOMcomposite oferece serviços de engenharia para clientes remotamente ou em suas instalações, incluindo linha de produção e avaliação da qualidade do produto, consultoria de tecnologia e software de engenharia sob medida. Esses serviços são fornecidos a empresas e organizações de pesquisa nos setores aeroespacial, petróleo e gás, transporte, automotivo e energia verde. A OTOMcomposite também está buscando colaboração com outros departamentos de P&D para a aplicação de tecnologias líderes relacionadas a compósitos, bem como participando de projetos de P&D financiados pelo setor público e privado. Para obter mais informações, entre em contato com [email protected].