Automatizando Produção de Compósitos para Atender Demanda Crescente da Aeroespacial

A indústria aeroespacial está se preparando para uma conjunção massiva de necessidade de capacidade industrial para produzir peças no futuro próximo. Pré-COVID, Boeing e Airbus estimaram que 40.000 aeronaves comerciais serão necessárias nos próximos 20 anos (comparado com cerca de 25.000 em serviço hoje). Os militares dos EUA também estão pesquisando conceitos de enxames de aeronaves não tripuladas com vida limitada e custo muito baixo. Finalmente, os primeiros táxis aéreos estão projetados para entrar em serviço em 2023. Todos esses conceitos exigirão uso significativo de compósitos para atender seus requisitos de alcance e velocidade, o que tensionará a base industrial atual.

Hoje, a base industrial de compósitos é baseada em layup manual ou máquinas de layup automatizadas atuais que têm apenas 20-50% de utilização de máquina. Também ainda é mais analógica do que digital. Empresas estão experimentando digital para resolver pontos de dor específicos, como rastreamento de ativos, mas poucos fabricantes têm um verdadeiro ambiente Industry 4.0 em toda a empresa.

Mudança de Estado Necessária

Uma mudança de estado deve acontecer para a indústria aeroespacial atingir taxas de produção para aeronaves futuras. Primeiro, a automação de compósitos deve ser um componente principal para permitir a próxima onda de produção. Feita corretamente, a automação aliviará a necessidade de investimento de capital significativo e diminuirá o número de novos trabalhadores qualificados para fabricação de aeronaves. Segundo, a comunidade de compósitos precisa abraçar conceitos Industry 4.0 para obter insights acionáveis de dados gerados durante fabricação e montagem. Temas-chave para pesquisa futura para tornar automação e Industry 4.0 disponíveis para produção aeroespacial de compósitos incluem:

• Ferramentas de ciência de manufatura
  Estado futuro: Conjunto de ferramentas democratizadas de design para manufatura que podem avaliar coerentemente o espaço de trade-offs dependendo do ponto no ciclo de vida da manufatura.
  
  Soluções potenciais: Integrar IA/aprendizado de máquina, automação, dados, análises, manufatura e produtos. Usar um sistema integrado baseado em computador composto de simulação, visualização 3D, análises e ferramentas de colaboração para desenvolver uma representação virtual de todo o processo de manufatura.
• Manufatura e processamento de baixo custo e ágil
  Estado futuro: Entendimento robusto de capacidades de processo de manufatura de baixo custo. Design restrito por processos identificados resultando em redução de 50% no tempo de ciclo de design. Linhas de manufatura que podem ser rapidamente reconfiguradas para atender demanda de pico e vários mixes de produtos.
  
  Solução potencial: Automação de próxima geração. Uso melhorado de equipamentos de colocação automatizada de fibra/colocação automatizada de fita. Soluções robóticas para layup manual e conformação de peças de formato complexo (termofixo e termoplástico). Robôs colaborativos. Sistemas robóticos flexíveis capazes de ser reprogramados ou reutilizados para integração em outro sistema.
• Inspeção
  Estado futuro: Desejamos sensores em processo não interferentes e uma alternativa ao teste de prova que se aplica a condições como fabricado e em serviço.
  
  Solução potencial: Mover da inspeção para medição. Isso requer simulação de manufatura e medição em processo, bem como simulação e medição estrutural em serviço, em nível bom o suficiente para satisfazer requisitos regulatórios. Uso de ferramentas Industry 4.0 para fornecer entendimento do estado da peça ou montagem, não apenas para rastreá-las.

A SME lançou uma Comunidade Técnica sobre Automação de Compósitos para atender a estas necessidades. Faço parte da comunidade técnica, e dou as boas-vindas a contribuições para as discussões que estamos iniciando.