حسگرها: داده ها برای تولید کامپوزیت نسل بعدی | دنیای کامپوزیت ها

در پیگیری پایداری، حسگرها زمان چرخه، مصرف انرژی و اتلاف انرژی را کاهش می‌دهند، کنترل فرآیند حلقه بسته را خودکار می‌کنند و دانش را افزایش می‌دهند، فرصت‌های جدیدی را برای ساخت و سازه‌های هوشمند باز می‌کنند.#حسگرها #پایداری #SHM
حسگرها در سمت چپ (بالا به پایین): شار حرارتی (TFX)، دی الکتریک درون قالب (Lambient)، اولتراسونیک (دانشگاه آگسبورگ)، دی الکتریک یکبار مصرف (Synthesites) و بین پنی و ترموکوپل Microwire (AvPro). نمودارها (بالا، در جهت عقربه های ساعت): ثابت دی الکتریک کولو (CP) در مقابل ویسکوزیته یونی کولو (CIV)، مقاومت رزین در برابر زمان (Synthesites) و مدل دیجیتالی پریفرم‌های کاشته‌شده کاپرولاکتام با استفاده از حسگرهای الکترومغناطیسی (پروژه CosiMo، DLR ZLP، دانشگاه آگسبورگ).
از آنجایی که صنعت جهانی همچنان از همه‌گیری COVID-19 بیرون می‌آید، به سمت اولویت‌بندی پایداری سوق داده است که مستلزم کاهش ضایعات و مصرف منابع (مانند انرژی، آب و مواد) است. در نتیجه، تولید باید کارآمدتر و هوشمندتر شود. اما این نیاز به اطلاعات دارد. برای کامپوزیت ها، این داده ها از کجا می آیند؟
همانطور که در سری مقالات 2020 Composites 4.0 CW توضیح داده شد، تعریف اندازه‌گیری‌های مورد نیاز برای بهبود کیفیت و تولید قطعه، و حسگرهای مورد نیاز برای دستیابی به این اندازه‌گیری‌ها، اولین گام در تولید هوشمند است. در طول سال‌های 2020 و 2021، CW در مورد حسگرهای دی الکتریک گزارش داد. سنسورها، حسگرهای شار گرما، سنسورهای فیبر نوری و سنسورهای غیر تماسی با استفاده از امواج فراصوت و امواج الکترومغناطیسی - و همچنین پروژه‌هایی که قابلیت‌های آنها را نشان می‌دهند (به مجموعه محتوای حسگر آنلاین CW مراجعه کنید). این مقاله با بحث در مورد حسگرهای مورد استفاده در مواد کامپوزیت، مزایا و چالش‌های وعده داده شده آنها و چشم‌انداز فناوری در دست توسعه، بر اساس این گزارش استوار است. که به عنوان رهبران صنعت کامپوزیت در حال ظهور هستند در حال کاوش و هدایت این فضا هستند.
شبکه حسگر در CosiMo شبکه ای متشکل از 74 حسگر – که 57 تای آن ها حسگرهای اولتراسونیک هستند که در دانشگاه آگسبورگ توسعه یافته اند (نشان داده شده در سمت راست، نقاط آبی روشن در نیمه های بالا و پایین قالب) – برای نمایشگر درب برای T-RTM استفاده می شود. قالب‌گیری پروژه CosiMo برای باتری‌های کامپوزیت گرمانرم. اعتبار تصویر: پروژه CosiMo، DLR ZLP Augsburg، دانشگاه آگسبورگ
هدف شماره 1: صرفه جویی در هزینه. وبلاگ دسامبر 2021 CW، "سنسورهای اولتراسونیک سفارشی برای بهینه سازی و کنترل فرآیند ترکیبی"، کار در دانشگاه آگسبورگ (UNA، آگسبورگ، آلمان) را برای توسعه شبکه ای از 74 حسگر توصیف می کند که برای CosiMo پروژه ساخت نمایشگر پوشش باتری EV (مواد کامپوزیت در حمل و نقل هوشمند). این قطعه با استفاده از قالب‌گیری انتقال رزین گرمانرم (T-RTM)، که مونومر کاپرولاکتام را در محل به کامپوزیت پلی‌آمید 6 (PA6) پلیمریزه می‌کند. مهم: "بزرگترین مزیتی که ما ارائه می دهیم تجسم آنچه در داخل جعبه سیاه در طول پردازش اتفاق می افتد است. در حال حاضر، اکثر تولید کنندگان سیستم های محدودی برای دستیابی به این هدف دارند. به عنوان مثال، هنگام استفاده از تزریق رزین برای ساخت قطعات بزرگ هوافضا از حسگرهای بسیار ساده یا خاص استفاده می کنند. اگر فرآیند تزریق اشتباه پیش برود، اساساً یک تکه قراضه بزرگ دارید. اما اگر راه حلی برای درک اینکه چه اشتباهی در فرآیند تولید رخ داده است و چرا دارید، می توانید آن را تعمیر و اصلاح کنید و در هزینه شما صرفه جویی زیادی می کند.
ترموکوپل ها نمونه ای از "سنسورهای ساده یا خاص" هستند که برای چندین دهه برای نظارت بر دمای ورقه های کامپوزیت در طول پخت اتوکلاو یا اجاق استفاده شده است. آنها حتی برای کنترل دما در اجاق ها یا پتوهای گرم کننده برای خشک کردن وصله های تعمیر کامپوزیت استفاده می شوند. باندهای حرارتی. تولیدکنندگان رزین از انواع حسگرها در آزمایشگاه برای نظارت بر تغییرات ویسکوزیته رزین در طول زمان و دما برای توسعه درمان استفاده می‌کنند. با این حال، آنچه در حال ظهور است، یک شبکه حسگر است که می تواند فرآیند تولید را بر اساس پارامترهای متعدد (مانند دما و فشار) و وضعیت ماده (مانند ویسکوزیته، تجمع، تبلور) تجسم و کنترل کند.
برای مثال، حسگر اولتراسونیک توسعه‌یافته برای پروژه CosiMo از همان اصول بازرسی اولتراسونیک استفاده می‌کند، که به اصلی‌ترین آزمایش غیرمخرب (NDI) قطعات کامپوزیتی نهایی تبدیل شده است. گفت: "هدف ما این است که زمان و کار مورد نیاز برای بازرسی پس از تولید قطعات آینده را با حرکت به سمت دیجیتال به حداقل برسانیم. تولید.” همکاری مرکز مواد (NCC، بریستول، انگلستان) برای نشان دادن نظارت بر یک حلقه EP 2400 Solvay (Alpharetta، GA، USA) در طول RTM با استفاده از یک سنسور دی الکتریک خطی توسعه یافته در دانشگاه کرانفیلد (Cranfield، UK) جریان و پخت اکسی رزین برای یک 1.3 متر طول، 0.8 متر عرض و 0.4 متر عمق پوسته کامپوزیت برای a مبدل حرارتی موتور هواپیماهای تجاری. کاراپاپاس گفت: «همانطور که ما به نحوه ساخت مجموعه‌های بزرگتر با بهره‌وری بالاتر نگاه کردیم، نمی‌توانیم تمام بازرسی‌ها و آزمایش‌های سنتی پس از پردازش را روی هر قسمت انجام دهیم.» در حال حاضر، ما می‌سازیم. پانل های تست در کنار این قطعات RTM و سپس تست مکانیکی برای تایید چرخه پخت انجام دهید. اما با این سنسور، این کار ضروری نیست.»
پروب Collo در ظرف مخلوط کردن رنگ (دایره سبز در بالا) غوطه ور می شود تا تشخیص دهد که اختلاط کامل شده است و در زمان و انرژی صرفه جویی می کند. اعتبار تصویر: ColloidTek Oy
Matti Järveläinen، مدیر عامل و بنیانگذار ColloidTek Oy (کولو، تامپره، فنلاند) می گوید: "هدف ما این نیست که یک دستگاه آزمایشگاهی دیگر باشیم، بلکه تمرکز بر سیستم های تولیدی است." ترکیبی از حسگرهای میدان الکترومغناطیسی (EMF)، پردازش سیگنال و تجزیه و تحلیل داده ها برای اندازه گیری "اثر انگشت" هر مایعاتی مانند مونومرها، رزین‌ها یا چسب‌ها. Järveläinen می‌گوید: «آنچه ما ارائه می‌دهیم یک فناوری جدید است که بازخورد مستقیم را در زمان واقعی ارائه می‌کند، بنابراین بهتر می‌توانید درک کنید که فرآیند شما واقعاً چگونه کار می‌کند و در هنگام اشتباه واکنش نشان دهید.» حسگرهای ما. تبدیل داده های بلادرنگ به مقادیر فیزیکی قابل درک و عملی، مانند ویسکوزیته رئولوژیکی، که امکان بهینه سازی فرآیند را فراهم می کند. به عنوان مثال، می توانید زمان اختلاط را کوتاه کنید زیرا به وضوح می توانید ببینید که اختلاط کامل شده است. بنابراین، با شما می توانید بهره وری را افزایش دهید، در مصرف انرژی صرفه جویی کنید و ضایعات را در مقایسه با پردازش بهینه کمتر کاهش دهید.
هدف شماره 2: افزایش دانش فرآیند و تجسم. شما فقط یک نمونه می گیرید و به آزمایشگاه می روید و نگاه می کنید که دقایقی یا ساعت ها قبل چگونه بود. مانند رانندگی در بزرگراه است، هر ساعت یک دقیقه چشمان خود را باز کنید و سعی کنید پیش بینی کنید که جاده کجا می رود." ساس موافق است و خاطرنشان می کند که شبکه حسگر توسعه یافته در CosiMo به ما کمک می کند تا تصویر کاملی از فرآیند و رفتار مواد داشته باشیم. ما می توانیم اثرات موضعی را در فرآیند، در پاسخ به تغییرات در ضخامت قطعه یا مواد یکپارچه مانند هسته فوم مشاهده کنیم. کاری که ما سعی می کنیم انجام دهیم این است که اطلاعاتی در مورد آنچه واقعاً در قالب اتفاق می افتد ارائه دهیم. این به ما اجازه می دهد تا اطلاعات مختلفی مانند شکل جبهه جریان، ورود هر نیمه وقت و میزان تجمع در هر مکان حسگر را تعیین کنیم.
Collo با سازندگان چسب‌های اپوکسی، رنگ‌ها و حتی آبجو همکاری می‌کند تا پروفیل‌های فرآیندی را برای هر دسته تولید شده ایجاد کند. اکنون هر تولیدکننده می‌تواند پویایی فرآیند خود را مشاهده کند و پارامترهای بهینه‌تر را تنظیم کند، با هشدارهایی برای مداخله زمانی که دسته‌ها از مشخصات خارج شده‌اند. این به شما کمک می‌کند. تثبیت و بهبود کیفیت.
ویدئویی از جبهه جریان در قسمت CosiMo (ورودی تزریق نقطه سفید در مرکز است) به عنوان تابعی از زمان، بر اساس داده‌های اندازه‌گیری از یک شبکه حسگر درون قالب. اعتبار تصویر: پروژه CosiMo، DLR ZLP Augsburg، دانشگاه آگسبورگ
کاراپاپاس مگیت می‌گوید: «من می‌خواهم بدانم در طول ساخت قطعه چه اتفاقی می‌افتد، نه اینکه جعبه را باز کنم و ببینم بعد از آن چه اتفاقی می‌افتد.» محصولاتی که با استفاده از سنسورهای دی الکتریک کرانفیلد توسعه دادیم به ما امکان دیدن فرآیند درجا را دادند و همچنین توانستیم برای تأیید پخت رزین.» با استفاده از هر شش نوع حسگر که در زیر توضیح داده شده است (لیست جامع نیست، فقط یک انتخاب کوچک، تامین کنندگان، همچنین)، می‌تواند بر پخت/پلیمریزاسیون و جریان رزین نظارت داشته باشد. برخی از سنسورها قابلیت‌های اضافی دارند و انواع سنسورهای ترکیبی می‌توانند امکان ردیابی و تجسم را گسترش دهند. در طول قالب گیری کامپوزیت. این در طول CosiMo نشان داده شد که از سنسورهای التراسونیک، دی الکتریک و پیزورزیستیو در حالت برای دما و فشار استفاده می کرد. اندازه گیری توسط کیستلر (وینتترتور، سوئیس).
هدف شماره 3: کاهش زمان چرخه. حسگرهای Collo می توانند یکنواختی اپوکسی دو قسمتی با پخت سریع را اندازه گیری کنند زیرا قطعات A و B در طول RTM و در هر مکانی از قالب که چنین سنسورهایی قرار می گیرند مخلوط و تزریق می شوند. این می تواند به فعال کردن کمک کند. رزین‌های پخت سریع‌تر برای کاربردهایی مانند حمل‌ونقل هوایی شهری (UAM)، که سیکل‌های پخت سریع‌تری را در مقایسه با اپوکسی‌های یک‌جزئی فعلی مانند RTM6 فراهم می‌کند.
سنسورهای Collo همچنین می‌توانند گاز زدایی، تزریق و پخت اپوکسی را نظارت و تجسم کنند و زمانی که هر فرآیند کامل می‌شود. عمل آوری نهایی و سایر فرآیندها بر اساس وضعیت واقعی مواد در حال پردازش (در مقایسه با دستورالعمل‌های سنتی زمان و دما) مدیریت حالت مواد نامیده می‌شود. (MSM). شرکت هایی مانند AvPro ​​(نورمن، اوکلاهما، ایالات متحده آمریکا) چندین دهه است که MSM را دنبال کرده اند تا تغییرات در مواد و فرآیندهای قطعات را دنبال کنند. اهداف خاصی را برای دمای انتقال شیشه ای (Tg)، ویسکوزیته، پلیمریزاسیون و/یا تبلور دنبال می کند. به عنوان مثال، شبکه ای از حسگرها و تجزیه و تحلیل دیجیتال در CosiMo برای تعیین حداقل زمان مورد نیاز برای گرم کردن پرس و قالب RTM استفاده شد و دریافت که 96 درصد از حداکثر پلیمریزاسیون در 4.5 دقیقه به دست آمد.
تامین کنندگان سنسور دی الکتریک مانند Lambient Technologies (کمبریج، MA، ایالات متحده)، Netzsch (Selb، آلمان) و Synthesites (Uccle، بلژیک) نیز توانایی خود را در کاهش زمان چرخه نشان داده اند. پروژه تحقیق و توسعه Synthesites با تولید کنندگان کامپوزیت هاچینسون (پاریس، فرانسه) ) و Bombardier Belfast (در حال حاضر Spirit AeroSystems (بلفاست، ایرلند)) گزارش می دهد که بر اساس اندازه گیری های زمان واقعی مقاومت رزین و دما، از طریق واحد جمع آوری داده های Optimold و نرم افزار Optiview به ویسکوزیته و Tg تخمینی تبدیل می شود. "تولید کنندگان می توانند Tg را در زمان واقعی ببینند، بنابراین می توانند تصمیم بگیرند که چه زمانی متوقف شوند. نیکوس پانتللیس، مدیر Synthesites توضیح می دهد که چرخه پخت. آنها مجبور نیستند برای تکمیل چرخه انتقال طولانی تر از لازم است. به عنوان مثال، چرخه سنتی برای RTM6 یک درمان کامل 2 ساعته در 180 درجه سانتیگراد است. دیده‌ایم که در برخی از هندسه‌ها می‌توان آن را تا ۷۰ دقیقه کوتاه کرد. این همچنین در پروژه INNOTOOL 4.0 نشان داده شد (به «شتاب دادن به RTM با سنسورهای شار حرارتی» مراجعه کنید)، که در آن استفاده از حسگر شار حرارتی چرخه پخت RTM6 را از 120 دقیقه به 90 دقیقه کوتاه کرد.
هدف شماره 4: کنترل حلقه بسته فرآیندهای تطبیقی. برای پروژه CosiMo، هدف نهایی خودکار کردن کنترل حلقه بسته در طول تولید قطعات کامپوزیتی است. این همچنین هدف پروژه‌های ZAero و iComposite 4.0 گزارش شده توسط CW در 2020 (کاهش هزینه 30-50%). توجه داشته باشید که اینها شامل فرآیندهای مختلفی هستند - قرار دادن خودکار نوار prepreg (ZAero) و آماده سازی اسپری فیبر در مقایسه با فشار بالا T-RTM در CosiMo برای RTM با اپوکسی پخت سریع (iComposite 4.0). همه این پروژه ها از حسگرهایی با مدل های دیجیتال و الگوریتم ها برای شبیه سازی فرآیند و پیش بینی نتیجه قطعه تمام شده استفاده می کنند.
ساوس توضیح داد که کنترل فرآیند را می توان به عنوان یک سری مراحل در نظر گرفت. او گفت که اولین گام ادغام حسگرها و تجهیزات پردازش است، "برای تجسم آنچه در جعبه سیاه می گذرد و پارامترهای مورد استفاده. چند مرحله دیگر، شاید نیمی از کنترل حلقه بسته، قادر به فشار دادن دکمه توقف برای مداخله، تنظیم فرآیند و جلوگیری از رد قطعات است. به عنوان آخرین گام، می‌توانید یک دوقلو دیجیتالی ایجاد کنید که می‌تواند خودکار باشد، اما به سرمایه‌گذاری در روش‌های یادگیری ماشین نیز نیاز دارد. در CosiMo، این سرمایه‌گذاری حسگرها را قادر می‌سازد تا داده‌ها را به دوقلو دیجیتال تغذیه کنند، تجزیه و تحلیل لبه (محاسبات انجام شده در لبه خط تولید در مقابل محاسبات از یک مخزن داده مرکزی) سپس برای پیش‌بینی دینامیک جلوی جریان، محتوای حجم فیبر در هر پیش‌فرم نساجی استفاده می‌شود. ساوس گفت: در حالت ایده‌آل، می‌توانید تنظیماتی را برای فعال کردن کنترل حلقه بسته و تنظیم در فرآیند ایجاد کنید.» این پارامترها شامل پارامترهایی مانند فشار تزریق، فشار قالب و دما. همچنین می توانید از این اطلاعات برای بهینه سازی مطالب خود استفاده کنید.
در انجام این کار، شرکت‌ها از حسگرها برای خودکارسازی فرآیندها استفاده می‌کنند. برای مثال، Synthesites با مشتریان خود برای ادغام حسگرها با تجهیزاتی کار می‌کند تا پس از اتمام تزریق، ورودی رزین را ببندد، یا هنگامی که درمان هدف حاصل شد، پرس حرارتی را روشن کند.
Järveläinen اشاره می کند که برای تعیین اینکه کدام سنسور برای هر مورد استفاده بهتر است، "شما باید بدانید که چه تغییراتی در ماده و فرآیندی که می خواهید نظارت کنید، و سپس باید یک تحلیلگر داشته باشید." یک تحلیلگر داده های جمع آوری شده توسط بازپرس یا واحد جمع آوری داده ها را به دست می آورد. داده‌های خام و تبدیل آن به اطلاعات قابل استفاده توسط سازنده.» ساوس گفت: «در واقع شرکت‌های زیادی را می‌بینید که حسگرها را ادغام می‌کنند، اما بعد از آن هیچ کاری با داده‌ها انجام نمی‌دهند.» او توضیح داد آنچه مورد نیاز است، «یک سیستم» است. از اکتساب داده ها و همچنین معماری ذخیره سازی داده ها برای پردازش داده ها.
Järveläinen می‌گوید: «کاربران نهایی فقط نمی‌خواهند داده‌های خام را ببینند.» آنها می‌خواهند بدانند، «آیا فرآیند بهینه‌سازی شده است؟» چه زمانی می‌توان مرحله بعدی را برداشت؟» برای انجام این کار، باید چندین حسگر را ترکیب کنید. برای تجزیه و تحلیل، و سپس از یادگیری ماشین برای سرعت بخشیدن به فرآیند استفاده کنید." این تحلیل لبه و رویکرد یادگیری ماشینی که توسط تیم Collo و CosiMo استفاده می‌شود را می‌توان از طریق نقشه‌های ویسکوزیته، مدل‌های عددی جبهه جریان رزین، و توانایی کنترل نهایی پارامترهای فرآیند و ماشین‌آلات تجسم کرد.
Optimold یک آنالایزر است که توسط Synthesites برای سنسورهای دی الکتریک خود ساخته شده است. با کنترل نرم افزار Synthesites' Optiview، واحد Optimold از اندازه گیری دما و مقاومت رزین برای محاسبه و نمایش نمودارهای بلادرنگ برای نظارت بر وضعیت رزین از جمله نسبت مخلوط، پیری شیمیایی، ویسکوزیته، Tg استفاده می کند. و درجه پخت. می توان از آن در فرآیندهای پیش آغشته سازی و تشکیل مایع استفاده کرد. از یک واحد مجزا Optiflow برای نظارت بر جریان. Synthesites همچنین یک شبیه‌ساز پخت ایجاد کرده است که نیازی به سنسور پخت در قالب یا قطعه ندارد، اما در عوض از سنسور دما و نمونه‌های رزین/پیش‌آب در این واحد آنالایزر استفاده می‌کند. نیکوس پانتللیس، مدیر Synthesites گفت: روش هنری برای تزریق و پخت چسب برای تولید پره توربین بادی.
سیستم‌های کنترل فرآیند Synthesites حسگرها، واحدهای جمع‌آوری داده Optiflow و/یا Optimold و نرم‌افزار OptiView و/یا وضعیت رزین آنلاین (ORS) را یکپارچه می‌کنند. اعتبار تصویر: Synthesites، ویرایش شده توسط The CW
بنابراین، اکثر تامین کنندگان حسگر، آنالایزرهای مخصوص به خود را توسعه داده اند، برخی از یادگیری ماشینی استفاده می کنند و برخی دیگر نه. اما سازندگان کامپوزیت می توانند سیستم های سفارشی خود را نیز توسعه دهند یا ابزارهای آماده خریداری کنند و آنها را برای رفع نیازهای خاص تغییر دهند. با این حال، قابلیت آنالیزور فقط یک عامل را باید در نظر گرفت. بسیاری دیگر وجود دارد.
هنگام انتخاب حسگر مورد استفاده، تماس نیز یک نکته مهم است. ممکن است لازم باشد حسگر با مواد، بازپرس یا هر دو در تماس باشد. برای مثال، سنسورهای شار حرارتی و مافوق صوت را می توان در قالب RTM در فاصله 1-20 میلی متری قرار داد. سطح - نظارت دقیق نیازی به تماس با مواد در قالب ندارد. حسگرهای اولتراسونیک همچنین می توانند قطعات را در اعماق مختلف بسته به فرکانس مورد استفاده بررسی کنند. سنسورهای الکترومغناطیسی Collo همچنین می تواند عمق مایعات یا قطعات - 2-10 سانتی متر، بسته به دفعات بازجویی - و از طریق ظروف غیر فلزی یا ابزار در تماس با رزین را بخواند.
با این حال، میکروسیم‌های مغناطیسی (نگاه کنید به "پایش غیر تماسی دما و فشار داخل کامپوزیت‌ها") در حال حاضر تنها حسگرهایی هستند که می‌توانند کامپوزیت‌ها را در فاصله 10 سانتی‌متری بررسی کنند. این به این دلیل است که از القای الکترومغناطیسی برای برانگیختن پاسخ سنسور استفاده می‌کند. در مواد کامپوزیت تعبیه شده است. سنسور میکروسیم ThermoPulse AvPro، تعبیه شده در لایه باند چسب، از طریق ورقه ورقه فیبر کربن به ضخامت 25 میلی متر مورد بررسی قرار گرفته است تا دما را در طول فرآیند اتصال اندازه گیری کند. از آنجایی که ریزسیم ها دارای قطر مویی 3-70 میکرون هستند، بر عملکرد کامپوزیت یا bondline تأثیر نمی گذارند. در قطرهای کمی بزرگتر 100 -200 میکرون، سنسورهای فیبر نوری نیز می توانند بدون تخریب خواص ساختاری تعبیه شوند. با این حال، زیرا آنها از نور برای اندازه گیری استفاده کنید، سنسورهای فیبر نوری باید یک اتصال سیمی به بازپرس داشته باشند. همچنین، از آنجایی که سنسورهای دی الکتریک از ولتاژ برای اندازه گیری خواص رزین استفاده می کنند، باید به یک پرسشگر وصل شوند و اکثر آنها نیز باید با رزینی که هستند در تماس باشند. نظارت
سنسور Collo Probe (بالا) را می توان در مایعات غوطه ور کرد، در حالی که صفحه Collo (پایین) در دیواره یک مخزن / مخزن مخلوط یا خط لوله فرآیند / تغذیه نصب می شود. اعتبار تصویر: ColloidTek Oy
قابلیت دمای سنسور یکی دیگر از ملاحظات کلیدی است. برای مثال، اکثر سنسورهای اولتراسونیک خارج از قفسه معمولاً در دمای تا 150 درجه سانتیگراد کار می کنند، اما قطعات در CosiMo باید در دمای بالاتر از 200 درجه سانتیگراد تشکیل شوند. بنابراین، UNA باید یک سنسور اولتراسونیک با این قابلیت طراحی کرد. حسگرهای دی الکتریک یکبار مصرف Lambient را می توان بر روی سطوح قطعات تا دمای 350 درجه سانتیگراد استفاده کرد. سنسورهای قابل استفاده مجدد در قالب را می توان تا دمای 250 درجه سانتی گراد استفاده کرد. RVmagnetics (Kosice، اسلواکی) حسگر میکروسیم خود را برای مواد کامپوزیتی توسعه داده است که می توانند در دمای 500 درجه سانتی گراد مقاومت کنند. در حالی که خود فناوری سنسور Collo محدودیت دمایی نظری ندارد، محافظ شیشه ای سکوریت شده برای صفحه Collo و محفظه جدید پلی اتر اترکتونی (PEEK) برای Collo Probe هر دو به صورت پیوسته آزمایش شده اند. طبق گفته Järveläinen، در دمای 150 درجه سانتیگراد کار می کند. در همین حال، PhotonFirst (آلکمار، هلند) از یک پوشش پلی آمید برای ارائه دمای عملیاتی 350 درجه سانتیگراد برای سنسور فیبر نوری خود برای پروژه SuCoHS استفاده کرد، تا یک سطح بالا پایدار و مقرون به صرفه داشته باشد. -کامپوزیت دما
یکی دیگر از عواملی که باید به خصوص برای نصب در نظر گرفت، این است که آیا سنسور در یک نقطه اندازه گیری می کند یا یک سنسور خطی با چندین نقطه حسگر است. برای مثال، سنسورهای فیبر نوری Com&Sens (Eke، بلژیک) می توانند تا 100 متر طول داشته باشند و دارای ویژگی های بالا باشند. تا 40 نقطه حسگر گریتینگ فیبر براگ (FBG) با حداقل فاصله 1 سانتی متر. این سنسورها برای نظارت بر سلامت سازه (SHM) استفاده شده است. پل های کامپوزیتی 66 متری و نظارت بر جریان رزین در حین تزریق عرشه پل های بزرگ. نصب حسگرهای نقطه ای جداگانه برای چنین پروژه ای به تعداد زیادی سنسور و زمان زیادی برای نصب نیاز دارد. NCC و دانشگاه کرانفیلد به دلیل خطی بودنشان ادعای مزایای مشابهی دارند. سنسورهای دی الکتریک. در مقایسه با سنسورهای دی الکتریک تک نقطه ای ارائه شده توسط Lambient، Netzsch و Synthesites، "با خطی ما حسگر، ما می‌توانیم جریان رزین را به‌طور مداوم در طول مانیتور کنیم که به میزان قابل توجهی تعداد سنسورهای مورد نیاز در قطعه یا ابزار را کاهش می‌دهد.
AFP NLR برای سنسورهای فیبر نوری یک واحد ویژه در کانال هشتم سر کوریولیس AFP ادغام شده است تا چهار آرایه حسگر فیبر نوری را در یک پانل آزمایشی کامپوزیت تقویت شده با فیبر کربن با دمای بالا قرار دهد. اعتبار تصویر: پروژه SuCoHS، NLR
حسگرهای خطی همچنین به خودکارسازی نصب کمک می‌کنند. در پروژه SuCoHS، رویال NLR (مرکز هوافضای هلندی، Marknesse) واحد ویژه‌ای را ایجاد کرد که در کانال هشتم خودکار قرار دادن فیبر (AFP) رئیس Coriolis Composites (کویون، فرانسه) ادغام شده است تا چهار آرایه را تعبیه کند. خطوط فیبر نوری جداگانه)، هر کدام دارای 5 تا 6 سنسور FBG (PhotonFirst در مجموع 23 سنسور را ارائه می دهد)، در پانل های آزمایش فیبر کربن. RVmagnetics حسگرهای میکروسیم خود را در میلگردهای GFRP قرار داده است. میلگرد تولید شده است.» شما یک میکروسیم با یک میکروسیم 1 کیلومتری دارید. فیلامنت را کویل می کند و بدون تغییر در نحوه ساخت میلگرد به محل تولید میلگرد وارد می کند. در همین حال، Com&Sens در حال کار بر روی فناوری خودکار برای تعبیه حسگرهای فیبر نوری در طول فرآیند سیم پیچی رشته در مخازن تحت فشار است.
فیبر کربن به دلیل توانایی خود در رسانایی الکتریسیته می‌تواند باعث ایجاد مشکلاتی در حسگرهای دی الکتریک شود. حسگرهای دی الکتریک از دو الکترود استفاده می‌کنند که نزدیک به هم قرار گرفته‌اند. در این مورد، از یک فیلتر استفاده کنید.» فیلتر به رزین اجازه می دهد از سنسورها عبور کند، اما آنها را از فیبر کربن عایق می کند. سنسور دی الکتریک خطی توسعه یافته توسط دانشگاه کرانفیلد و NCC از رویکرد متفاوتی استفاده می کند، از جمله دو جفت سیم پیچ خورده مسی. هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، یک میدان الکترومغناطیسی بین سیم ها ایجاد می شود که برای اندازه گیری امپدانس رزین استفاده می شود. سیم ها روکش می شوند. با یک پلیمر عایق که بر میدان الکتریکی تأثیر نمی گذارد، اما از کوتاه شدن فیبر کربن جلوگیری می کند.
البته، هزینه نیز یک مسئله است. Com&Sens بیان می کند که هزینه متوسط ​​برای هر نقطه سنجش FBG 50-125 یورو است که در صورت استفاده در دسته ها (مثلاً برای 100000 مخزن تحت فشار) ممکن است به حدود 25-35 یورو کاهش یابد. تنها کسری از ظرفیت تولید فعلی و پیش بینی شده مخازن تحت فشار کامپوزیتی، مقاله 2021 CW در مورد هیدروژن را ببینید.) Meggitt's کاراپاپاس می‌گوید پیشنهاداتی برای خطوط فیبر نوری با سنسورهای FBG دریافت کرده است که میانگین قیمت آن 250 پوند/سنسور (300 یورو/حسگر) است، ارزش بازپرس حدود 10000 پوند (12000 یورو) است. سیمی که می توانید از قفسه بخرید.» او افزود. «بازجوی که ما از آن استفاده می کنیم Skordos، خواننده (محقق ارشد) در علوم فرآیند کامپوزیت در دانشگاه کرانفیلد، «یک آنالیزگر امپدانس است که بسیار دقیق است و حداقل 30000 پوند [≈ 36000 یورو] قیمت دارد، اما NCC از یک بازپرس بسیار ساده‌تر استفاده می‌کند که اساساً شامل خاموش است. ماژول های قفسه از شرکت تجاری Advise Deta [بدفورد، انگلستان]. Synthesites 1,190 یورو برای سنسورهای درون قالب و 20 یورو برای سنسورهای یکبار مصرف/قطعه به یورو، Optiflow با قیمت 3,900 یورو و Optimold 7,200 یورو قیمت گذاری شده است. این قیمت ها شامل نرم افزار Optiview و هر دستگاه دیگری است. پانتللیس گفت که پشتیبانی لازم را انجام می دهد و افزود که تولید کنندگان پره های بادی 1.5 ساعت در هر چرخه صرفه جویی می کنند. تیغه در هر خط در ماه، و مصرف انرژی را تا 20 درصد کاهش می دهد، با بازگشت سرمایه تنها به مدت چهار ماه.
شرکت‌هایی که از حسگرها استفاده می‌کنند، با تکامل تولید دیجیتال کامپوزیت 4.0 مزیتی به دست خواهند آورد. برای مثال، گرگوار بودوین، مدیر توسعه کسب‌وکار در Com&Sens، می‌گوید: «از آنجایی که سازندگان مخازن تحت فشار سعی می‌کنند وزن، مصرف مواد و هزینه را کاهش دهند، می‌توانند از حسگرهای ما برای توجیه استفاده کنند. طراحی های آنها و نظارت بر تولید آنها تا سال 2030 به سطوح لازم سیم پیچ و پخت همچنین می تواند یکپارچگی مخزن را در طول هزاران چرخه سوخت گیری کنترل کند، تعمیر و نگهداری مورد نیاز را پیش بینی کند و در پایان عمر طراحی مجدداً تأیید شود. ما می‌توانیم برای هر مخزن تحت فشار کامپوزیتی که تولید می‌شود، یک مخزن داده دیجیتالی دوقلو ارائه می‌شود، و این راه‌حل برای ماهواره‌ها نیز در حال توسعه است.»
فعال کردن دوقلوها و رشته‌های دیجیتال Com&Sens با یک تولیدکننده کامپوزیت کار می‌کند تا از حسگرهای فیبر نوری خود برای فعال کردن جریان داده‌های دیجیتال از طریق طراحی، تولید و سرویس (سمت راست) برای پشتیبانی از کارت‌های شناسایی دیجیتالی که از دوقلو دیجیتال هر قسمت (سمت چپ) ساخته شده پشتیبانی می‌کند، استفاده کند. اعتبار تصویر: Com&Sens و شکل 1، "مهندسی با موضوعات دیجیتال" توسط V. Singh، K. Wilcox.
بنابراین، داده‌های حسگر از دوقلو دیجیتال و همچنین رشته دیجیتالی که طراحی، تولید، عملیات خدماتی و منسوخ شدن را در بر می‌گیرد، پشتیبانی می‌کند. هنگامی که با استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی تجزیه و تحلیل می‌شوند، این داده‌ها به طراحی و پردازش، بهبود عملکرد و پایداری بازخورد داده می‌شوند. همچنین نحوه کار زنجیره های تامین را تغییر داده است. برای مثال، سازنده چسب Kiilto (تامپر، فنلاند) از حسگرهای Collo برای کمک به مشتریان خود برای کنترل نسبت اجزای A استفاده می کند. Järveläinen می‌گوید: کیلتو اکنون می‌تواند ترکیب چسب‌های خود را برای مشتریان فردی تنظیم کند، اما همچنین به Kiilto اجازه می‌دهد تا نحوه تعامل رزین‌ها در فرآیندهای مشتریان و نحوه تعامل مشتریان را درک کند. با محصولات خود تعامل داشته باشند، که نحوه عرضه را تغییر می دهد. زنجیرها می توانند با هم کار کنند.»
OPTO-Light از سنسورهای Kistler، Netzsch و Synthesites برای نظارت بر پخت قطعات اپوکسی CFRP بیش از حد قالب‌گیری شده با گرمانرم استفاده می‌کند. اعتبار تصویر: AZL
سنسورها همچنین از ترکیبات نوآورانه مواد و فرآیند پشتیبانی می‌کنند. در مقاله CW در سال 2019 در مورد پروژه OPTO-Light توضیح داده شده است (به «ترموست‌های قالب‌گیری گرمانرم، چرخه 2 دقیقه‌ای، یک باتری» مراجعه کنید)، AZL Aachen (آخن، آلمان) از دو مرحله استفاده می‌کند. سپس یک پیش‌آغشته فیبر کربنی/اپوکسی را به صورت افقی فشرده کنید بیش از حد با 30% PA6 تقویت شده با الیاف شیشه کوتاه ساخته شده است. نکته کلیدی این است که پیش آغشته را فقط تا حدی پخت کنید به طوری که واکنش باقی مانده در اپوکسی می تواند اتصال به گرمانرم را امکان پذیر کند. سنسورهای درون قالب و نرم افزار DataFlow برای بهینه سازی ریچارد شارس، مهندس محقق AZL، توضیح می دهد: "شما باید درک عمیقی از فرآیند قالب گیری فشاری پیش آغشته داشته باشید زیرا باید مطمئن شوید که وضعیت پخت را درک کرده اید تا به یک اتصال خوب با بیش از حد قالب گیری ترموپلاستیک برسید." در آینده، این فرآیند ممکن است تطبیقی ​​و هوشمند باشد، چرخش فرآیند توسط سیگنال‌های حسگر آغاز می‌شود.
با این حال، یک مشکل اساسی وجود دارد، Järveläinen، "و آن عدم درک مشتریان در مورد نحوه ادغام این حسگرهای مختلف در فرآیندهای خود است. اکثر شرکت ها متخصص حسگر ندارند. در حال حاضر، راه رو به جلو مستلزم تبادل اطلاعات از سوی تولیدکنندگان و مشتریان حسگر است. سازمان‌هایی مانند AZL، DLR (آگسبورگ، آلمان) و NCC در حال توسعه تخصص چند سنسوری هستند. ساوز گفت که گروه‌هایی در UNA و همچنین اسپین آف وجود دارد. شرکت‌هایی که خدمات یکپارچه‌سازی حسگر و خدمات دوقلوی دیجیتالی را ارائه می‌دهند. او افزود که شبکه تولید هوش مصنوعی آگسبورگ یک 7000 متر مربع را اجاره کرده است. تسهیلات برای این منظور، "گسترش طرح توسعه CosiMo به یک دامنه بسیار گسترده، از جمله سلول های اتوماسیون مرتبط، جایی که شرکای صنعتی می توانند ماشین ها را قرار دهند، پروژه ها را اجرا کنند و یاد بگیرند که چگونه راه حل های جدید هوش مصنوعی را ادغام کنند."
کاراپاپاس گفت که نمایش سنسور دی الکتریک مگیت در NCC تنها اولین گام در آن بود. «در نهایت، من می‌خواهم فرآیندها و گردش‌های کاری خود را نظارت کنم و آنها را به سیستم ERP خود وارد کنم تا از قبل بدانم کدام اجزا و چه افرادی را باید بسازم. نیاز و موادی که باید سفارش داد. اتوماسیون دیجیتال توسعه می یابد.
به SourceBook آنلاین خوش آمدید، که با نسخه چاپی سالانه CompositesWorld از راهنمای خرید صنعت کامپوزیت SourceBook مطابقت دارد.
Spirit AeroSystems طراحی هوشمند ایرباس را برای بدنه مرکزی A350 و اسپارهای جلو در کینگستون، NC اجرا می کند