イタリアの OEM および Tier 1 サプライヤーである Leonardo は、CETMA の研究開発部門と協力して、熱可塑性複合材料を現場で強化するための誘導溶接を含む、新しい複合材料、機械、プロセスを開発しました。#トレンド#クリーンスカイ#f-35
複合材料製造のリーダーであるレオナルド エアロストラクチャーズは、ボーイング 787 用の一体型胴体バレルを製造しています。同社は CETMA と協力して、連続圧縮成形 (CCM) や SQRTM (下) などの新技術を開発しています。生産技術。出典 |レオナルドとCETMA
このブログは、レオナルドの航空機構造部門 (グロッターリエ、ポミリアーノ、フォッジャ、ノーラ生産施設、南イタリア) の材料エンジニア、研究開発ディレクター、知的財産マネージャーであるステファノ・コルヴァリア氏とのインタビュー、および研究者のシルビオ・パパダ博士とのインタビューに基づいています。エンジニア兼部長。CETMA (イタリア、ブリンディジ) とレオナルドとの協力プロジェクト。
Leonardo (イタリア、ローマ) は、航空宇宙、防衛、安全保障の分野における世界の大手企業の 1 つで、売上高は 138 億ユーロ、世界中で 40,000 人以上の従業員を抱えています。同社は、空、陸、海、宇宙、ネットワーク、セキュリティ、および無人システムに関する包括的なソリューションを世界中に提供しています。レオナルド氏の研究開発投資は約15億ユーロ（2019年の収益の11％）で、航空宇宙・防衛分野の研究投資では欧州で2位、世界で4位にランクされている。
レオナルド エアロストラクチャーズは、ボーイング 787 ドリームライナーのパーツ 44 および 46 用の一体型複合材胴体バレルを製造しています。出典 |レオナルド
レオナルドは、航空構造部門を通じて、胴体や尾翼など、複合材料と従来の材料で作られた大型構造部品の製造と組み立てを世界の主要な民間航空機プログラムに提供しています。
レオナルド エアロストラクチャーズは、ボーイング 787 ドリームライナー用の複合水平尾翼を製造しています。出典 |レオナルド
複合材料に関しては、レオナルドの航空宇宙構造部門は、ボーイング 787 のグロッターリエ工場でボーイング 787 の胴体中央セクション 44 と 46 の「一体型バレル」を、フォッジャ工場で水平尾翼を製造しており、これは 787 胴体の約 14% を占めています。%。その他の複合構造製品の生産には、フォッジャ工場での ATR およびエアバス A220 民間航空機の後部翼の製造と組み立てが含まれます。フォッジャ社はまた、ボーイング 767 や統合打撃戦闘機 F-35、ユーロファイター タイフーン戦闘機、C-27J 軍用輸送機、ファルコ無人航空機ファミリーの最新メンバーであるファルコ エクスプローラーなどの軍事プログラム用の複合部品も製造しています。レオナルド著。
「CETMAと協力して、私たちは熱可塑性複合材料や樹脂トランスファー成形（RTM）などの分野で多くの活動を行っています」とコルヴァーリア氏は語った。「私たちの目標は、生産に向けた研究開発活動をできるだけ短期間で準備することです。私たちの部門 (R&D および IP 管理) では、より低い TRL (技術的準備レベル、つまり、より低い TRL は初期段階であり、生産には程遠い) の破壊的テクノロジーも求めていますが、より競争力を強化し、さまざまな分野でお客様に支援を提供したいと考えています。世界。"
パッパダ氏はさらに、「共同で取り組んで以来、私たちはコストと環境への影響を削減するために懸命に取り組んできました。熱可塑性複合材料 (TPC) は熱硬化性材料と比較して削減されていることがわかりました。」
Corvaglia 氏は次のように指摘しました。「私たちはこれらのテクノロジーをシルビオのチームと共同で開発し、生産現場で評価するためにいくつかの自動バッテリーのプロトタイプを構築しました。」
「CCM は私たちの共同の取り組みの素晴らしい例です」とパパダ氏は言いました。「レオナルドは、熱硬化性複合材料で作られた特定のコンポーネントを特定しました。私たちは、スプライス構造や単純な幾何学的形状など、航空機上に多数の部品がある箇所に焦点を当て、これらのコンポーネントを TPC で提供するテクノロジーを共同で検討しました。アップライト。」
CETMA の連続圧縮成形生産ラインを使用して製造された部品。出典 |「CETMA: イタリアの複合材料研究開発イノベーション」
同氏はさらに、「低コストで生産性の高い新しい生産技術が必要だ」と述べた。同氏は、過去には単一の TPC コンポーネントの製造中に大量の廃棄物が発生していたと指摘しました。「そこで、非等温圧縮成形技術に基づいてメッシュ形状を作成しましたが、廃棄物を削減するためにいくつかの革新（特許出願中）を行いました。私たちはこのために全自動ユニットを設計し、イタリアの会社がそれを製造してくれました。「
パッパダ氏によると、この装置はレオナルドが設計した部品を「5分ごとに1部品、1日24時間稼働」して生産できるという。しかし、彼のチームはプリフォームを製造する方法を見つけなければなりませんでした。彼は次のように説明しました。「当初はフラット ラミネート プロセスが必要でした。これが当時のボトルネックだったからです。」「そこで、私たちのプロセスはブランク（平らなラミネート）から始まり、それを赤外線（IR）オーブンで加熱しました。, そしてプレスに入れて成形します。フラット ラミネートは通常、大型プレスを使用して製造され、サイクル タイムが 4 ～ 5 時間かかります。私たちは、フラットラミネートをより速く製造できる新しい方法を研究することにしました。そこで、Leonardo ではエンジニアのサポートを得て、CETMA で高生産性の CCM 生産ラインを開発しました。1m×1mの部品のサイクルタイムを15分に短縮しました。重要なのは、これが継続的なプロセスであるため、無制限の長さを生み出すことができるということです。」
SPARE プログレッシブ ロール成形ラインの赤外線サーマル イメージャ (IRT) カメラは、CETMA が製造プロセス中の温度分布を理解し、3D 解析を生成して CCM 開発プロセス中にコンピュータ モデルを検証するのに役立ちます。出典 |「CETMA: イタリアの複合材料研究開発イノベーション」
しかし、この新製品は、Xperion (現在は XELIS、ドイツのマルクドルフ) が 10 年以上使用してきた CCM とどう違うのでしょうか?パッパダ氏は、「私たちは空隙などの欠陥を予測できる分析モデルと数値モデルを開発しました。」と述べました。「私たちはパラメータとそれが品質に与える影響を理解するために、レオナルドおよびサレント大学（イタリア、レッチェ）と協力してきました。これらのモデルを用いて、厚肉でありながら高品質を実現できる新しいCCMを開発しました。これらのモデルを使用すると、温度と圧力を最適化するだけでなく、その適用方法も最適化できます。温度と圧力を均一に分布させるための多くの技術を開発できます。しかし、これらの要因が複合構造の機械的特性と欠陥の成長に及ぼす影響を理解する必要があります。」
パッパダ氏はさらに次のように続けました。「私たちのテクノロジーはより柔軟です。同様に、CCM は 20 年前に開発されましたが、それを使用している少数の企業が知識や専門知識を共有していないため、CCM に関する情報はありません。したがって、複合材料と加工についての理解に基づいて、ゼロからスタートする必要があります。」
「私たちは現在、社内計画を検討し、顧客と協力してこれらの新しいテクノロジーのコンポーネントを見つけています」と Corvaglia 氏は述べています。「生産を開始する前に、これらの部品を再設計し、再認定する必要があるかもしれません。」なぜ？「目標は、航空機を可能な限り軽量にし、かつ競争力のある価格にすることです。したがって、厚みも最適化する必要があります。ただし、1 つの部品で重量を軽減したり、類似した形状の複数の部品を識別したりして、大幅なコストを節約できることが判明する可能性があります。」
同氏は、これまでこの技術は少数の人々の手に渡っていたと繰り返した。「しかし、私たちはより高度なプレス成形を追加することで、これらのプロセスを自動化する代替技術を開発しました。フラットラミネートを入れて、その一部を取り出してすぐに使用できます。私たちは部品を再設計し、平らな部品や異形部品を開発しているところです。CCMのステージ。」
「現在、CETMA には非常に柔軟な CCM 生産ラインがあります」とパパダ氏は述べています。「ここでは、必要に応じてさまざまな圧力を加えて、複雑な形状を実現できます。Leonardo と共同で開発する製品ラインは、特定の必須コンポーネントを満たすことに重点を置きます。私たちは、より複雑な形状ではなく、平らなストリンガーや L 字型のストリンガーにさまざまな CCM ラインを使用できると考えています。このようにして、複雑な幾何学形状の TPC 部品を製造するために現在使用されている大型プレスと比較して、設備コストを低く抑えることができます。」
CETMA は、CCM を使用してカーボンファイバー/PEKK 一方向テープからストリンガーとパネルを製造し、このキールバンドルのデモンストレーターの高周波溶接を使用して、EURECAT が管理する Clean Sky 2 KEELBEMAN プロジェクトでそれらを接続します。出典|「熱可塑性キールビーム溶接のデモンストレーターを実現」
「高周波溶接は、複合材料にとって非常に興味深いものです。なぜなら、温度を非常に適切に調整および制御でき、加熱が非常に速く、制御が非常に正確であるためです」とパパダ氏は述べています。「レオナルドと協力して、TPC コンポーネントを接合するための高周波溶接を開発しました。しかし現在、TPC テープの現場圧密 (ISC) に高周波溶接を使用することを検討しています。この目的のために、私たちは新しいカーボンファイバーテープを開発しました。特殊な機械を使用した誘導溶接により、非常に速く加熱できます。このテープは市販のテープと同じ基材を使用していますが、電磁加熱を改善するために異なる構造を採用しています。機械的特性を最適化しながら、自動化によってコスト効率よく効率的に対処する方法など、さまざまな要件を満たすためのプロセスも検討しています。」
同氏は、TPCテープでISCを生産性よく実現するのは難しいと指摘した。「工業生産に使用するには、より速く加熱および冷却し、非常に制御された方法で圧力を加える必要があります。したがって、誘導溶接を使用して材料が強化される狭い領域のみを加熱し、残りのラミネートは低温に保つことにしました。」パッパダ氏は、組み立てに使用される高周波溶接の TRL はより高いと述べています。「
誘導加熱を使用したオンサイト統合は非常に破壊的であるように思えます。現在、他の OEM やティア サプライヤーはこれを公に行っていません。「はい、これは破壊的テクノロジーかもしれません」とコルヴァーリア氏は言った。「私たちは機械と材料の特許を申請しています。私たちの目標は、熱硬化性複合材料に匹敵する製品です。多くの人は AFP (Automatic Fiber Placement) に TPC を使用しようとしますが、2 番目のステップを組み合わせる必要があります。形状の点では、これはコスト、サイクル時間、部品サイズの点で大きな制限となります。実際、航空宇宙部品の製造方法が変わるかもしれません。」
熱可塑性プラスチックに加えて、レオナルドは RTM テクノロジーの研究を続けています。「これは私たちが CETMA と協力しているもう 1 つの分野であり、古いテクノロジー (この場合は SQRTM) に基づいた新しい開発が特許を取得しています。Radius Engineering (米国ユタ州ソルトレイクシティ) が独自に開発した認定樹脂トランスファー成形 (SQRTM)。Corvaglia 氏は次のように述べています。「すでに認定された材料を使用できるオートクレーブ (OOA) 方法を持つことが重要です。「これにより、よく知られた特性と品質を備えたプリプレグを使用することも可能になります。当社はこの技術を航空機の窓枠の設計、実証、および特許の申請に使用してきました。「
新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) にもかかわらず、CETMA は依然として Leonardo プログラムを処理しています。ここでは、SQRTM を使用して航空機の窓構造を製造し、欠陥のないコンポーネントを実現し、従来の RTM 技術と比較して予備成形を高速化する方法を示しています。したがって、Leonardo は、複雑な金属部品をさらに加工することなくメッシュ複合部品に置き換えることができます。出典 |CETMA、レオナルド。
パッパダ氏は、「これも古いテクノロジーですが、オンラインで検索しても、このテクノロジーに関する情報は見つかりません。」と指摘しました。繰り返しになりますが、私たちは分析モデルを使用してプロセスパラメータを予測し、最適化しています。この技術により、乾燥領域や樹脂の蓄積がなく、気孔率がほぼゼロの良好な樹脂分布を得ることができます。繊維含有量を制御できるため、非常に高い構造特性を生み出すことができ、この技術を使用して複雑な形状を製造することができます。オートクレーブ硬化要件を満たす同じ材料を使用しますが、OOA 法を使用しますが、サイクル時間を数分に短縮するために高速硬化樹脂を使用することもできます。「
「現在のプリプレグでも、硬化時間を短縮できました」と Corvaglia 氏は言います。「たとえば、窓枠などの部品の場合、通常のオートクレーブサイクルは 8 ～ 10 時間ですが、SQRTM は 3 ～ 4 時間使用できます。熱と圧力が部品に直接加えられるため、加熱質量が少なくなります。さらに、オートクレーブ内の液体樹脂の加熱は空気よりも速く、部品の品質も優れているため、特に複雑な形状に有利です。ツールは真空バッグではなく Control it にあるため、再加工がなく、ボイドがほぼゼロで優れた表面品質を実現します。
レオナルドはさまざまなテクノロジーを活用して革新を行っています。技術の急速な発展により、将来の製品に必要な新技術の開発には、既存の製品がすでに備えている増分（短期）開発能力を超える高リスクの研究開発（低TRL）への投資が不可欠であると考えています。 。レオナルドの 2030 年の R&D マスター プランは、このような短期戦略と長期戦略の組み合わせを組み合わせたもので、持続可能で競争力のある企業に向けた統一ビジョンとなっています。
この計画の一環として、同社は研究開発とイノベーションに特化した国際的な企業研究開発研究所ネットワークであるレオナルド・ラボを立ち上げる。同社は、2020年までに、ミラノ、トリノ、ジェノバ、ローマ、ナポリ、ターラントに最初の6つのレオナルド研究所を開設することを目指しており、以下の分野のスキルを持つ68人の研究者（レオナルド研究フェロー）を募集しています。人工知能のポジション、15のビッグデータ分析、6のハイパフォーマンスコンピューティング、4の航空プラットフォームの電化、5の材料と構造、および2の量子技術。レオナルド研究所は、イノベーションポストの役割と、レオナルドの将来のテクノロジーの創造者としての役割を果たします。
航空機で商業化されたレオナルドの技術が陸海部門にも応用される可能性があることは注目に値する。Leonardo とその複合材料への潜在的な影響に関するさらなる最新情報に注目してください。
マトリックスは繊維強化材料を結合し、複合コンポーネントに形状を与え、その表面品質を決定します。複合マトリックスは、ポリマー、セラミック、金属、またはカーボンにすることができます。これは選択ガイドです。
複合用途の場合、これらの中空微細構造は、大量の体積を軽量で置き換え、処理量と製品品質を向上させます。
投稿時間: 2021 年 2 月 9 日