L'équipementier italien et fournisseur de niveau 1 Leonardo a collaboré avec le département R&D de CETMA pour développer de nouveaux matériaux, machines et processus composites, notamment le soudage par induction pour la consolidation sur site des composites thermoplastiques.#Tendance#cleansky#f-35
Leonardo Aerostructures, leader dans la production de matériaux composites, produit des fûts de fuselage monobloc pour le Boeing 787. L'entreprise travaille avec le CETMA pour développer de nouvelles technologies, notamment le moulage par compression continue (CCM) et le SQRTM (en bas).Technologie de production.Source |Léonard et CETMA
Ce blog est basé sur mon entretien avec Stefano Corvaglia, ingénieur matériaux, directeur R&D et responsable de la propriété intellectuelle du département structure aéronautique de Leonardo (usines de production de Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola, sud de l'Italie), et un entretien avec le Dr Silvio Pappadà, chercheur ingénieur et chef.Projet de coopération entre le CETMA (Brindisi, Italie) et Leonardo.
Leonardo (Rome, Italie) est l'un des principaux acteurs mondiaux dans les domaines de l'aérospatiale, de la défense et de la sécurité, avec un chiffre d'affaires de 13,8 milliards d'euros et plus de 40 000 salariés dans le monde.La société propose des solutions complètes pour les systèmes aériens, terrestres, maritimes, spatiaux, de réseau et de sécurité, ainsi que pour les systèmes sans pilote dans le monde entier.L'investissement en R&D de Leonardo s'élève à environ 1,5 milliard d'euros (11 % du chiffre d'affaires 2019), le plaçant au deuxième rang en Europe et au quatrième rang mondial en termes d'investissement dans la recherche dans les domaines de l'aérospatiale et de la défense.
Leonardo Aerostructures produit des fûts de fuselage composites monoblocs pour les pièces 44 et 46 du Boeing 787 Dreamliner.Source |Léonard
Leonardo, à travers son département structure aéronautique, fournit aux principaux programmes d'avions civils du monde la fabrication et l'assemblage de gros composants structurels en matériaux composites et traditionnels, notamment le fuselage et la queue.
Leonardo Aerostructures produit des stabilisateurs horizontaux composites pour le Boeing 787 Dreamliner.Source |Léonard
En termes de matériaux composites, la division Aerospace Structure de Leonardo produit des « barils monoblocs » pour les sections centrales 44 et 46 du fuselage du Boeing 787 dans son usine de Grottaglie et les empennages horizontaux dans son usine de Foggia, représentant environ 14 % du fuselage du 787.%.La production d'autres produits à structure composite comprend la fabrication et l'assemblage de l'aile arrière des avions commerciaux ATR et Airbus A220 dans son usine de Foggia.Foggia produit également des pièces composites pour le Boeing 767 et des programmes militaires, notamment le Joint Strike Fighter F-35, le chasseur Eurofighter Typhoon, l'avion de transport militaire C-27J et le Falco Xplorer, le dernier membre de la famille d'avions sans pilote Falco produit par Léonard.
"En collaboration avec le CETMA, nous exerçons de nombreuses activités, notamment dans le domaine des composites thermoplastiques et du moulage par transfert de résine (RTM)", a déclaré Corvaglia.« Notre objectif est de préparer les activités de R&D à la production dans les plus brefs délais.Dans notre département (R&D et gestion de la propriété intellectuelle), nous recherchons également des technologies disruptives avec un TRL (niveau de préparation technique) inférieur (c'est-à-dire que le TRL inférieur est naissant et plus éloigné de la production), mais nous espérons être plus compétitifs et fournir de l'aide aux clients du monde entier. monde."
Pappadà a ajouté : « Depuis nos efforts communs, nous travaillons dur pour réduire les coûts et l'impact environnemental.Nous avons constaté que les composites thermoplastiques (TPC) ont été réduits par rapport aux matériaux thermodurcis.
Corvaglia a souligné : « Nous avons développé ces technologies en collaboration avec l'équipe de Silvio et construit des prototypes de batteries automatisées pour les évaluer en production. »
« CCM est un excellent exemple de nos efforts conjoints », a déclaré Pappadà.« Leonardo a identifié certains composants en matériaux composites thermodurcis.Ensemble, nous avons exploré la technologie permettant de fournir ces composants dans TPC, en nous concentrant sur les endroits où se trouvent un grand nombre de pièces sur l'avion, tels que les structures d'épissage et les formes géométriques simples.Montants.
Pièces fabriquées à l'aide de la ligne de production de moulage par compression continue du CETMA.Source |« CETMA : Innovation R&D italienne en matériaux composites »
Il a poursuivi : « Nous avons besoin d’une nouvelle technologie de production à faible coût et à productivité élevée. »Il a souligné que dans le passé, une grande quantité de déchets était générée lors de la fabrication d'un seul composant TPC.« Nous avons donc produit une forme de maille basée sur une technologie de moulage par compression non isotherme, mais nous avons apporté quelques innovations (brevet en instance) pour réduire les déchets.Nous avons conçu à cet effet une unité entièrement automatique, puis une entreprise italienne l'a construite pour nous."
Selon Pappadà, l'unité peut produire des composants conçus par Leonardo, "un composant toutes les 5 minutes, en travaillant 24 heures sur 24".Mais son équipe a ensuite dû trouver comment produire les préformes.Il explique : « Au début, nous avions besoin d’un processus de laminage à plat, car c’était le goulot d’étranglement à l’époque. »« Ainsi, notre processus a commencé avec un flan (stratifié plat), puis l'a chauffé dans un four infrarouge (IR)., Et puis mis dans la presse pour le formage.Les stratifiés plats sont généralement produits à l'aide de grandes presses, qui nécessitent 4 à 5 heures de temps de cycle.Nous avons décidé d'étudier une nouvelle méthode permettant de produire des stratifiés plats plus rapidement.Par conséquent, chez Leonardo Avec le soutien d’ingénieurs, nous avons développé une ligne de production CCM à haute productivité au CETMA.Nous avons réduit le temps de cycle des pièces de 1 million sur 1 million à 15 minutes.Ce qui est important, c'est qu'il s'agisse d'un processus continu, afin que nous puissions produire une longueur illimitée.
La caméra infrarouge (IRT) de la ligne de profilage progressif SPARE aide CETMA à comprendre la répartition de la température pendant le processus de production et à générer une analyse 3D pour vérifier le modèle informatique pendant le processus de développement du CCM.Source |« CETMA : Innovation R&D italienne en matériaux composites »
Cependant, comment ce nouveau produit se compare-t-il au CCM que Xperion (maintenant XELIS, Markdorf, Allemagne) utilise depuis plus de dix ans ?Pappadà a déclaré : « Nous avons développé des modèles analytiques et numériques capables de prédire des défauts tels que des vides. »« Nous avons collaboré avec Leonardo et l'Université du Salento (Lecce, Italie) pour comprendre les paramètres et leur impact sur la qualité.Nous utilisons ces modèles pour développer ce nouveau CCM, où nous pouvons avoir une épaisseur élevée mais également atteindre une qualité élevée.Avec ces modèles, nous pouvons non seulement optimiser la température et la pression, mais également optimiser leur méthode d'application.Vous pouvez développer de nombreuses techniques pour répartir uniformément la température et la pression.Cependant, nous devons comprendre l’impact de ces facteurs sur les propriétés mécaniques et la croissance des défauts des structures composites.
Pappadà poursuit : « Notre technologie est plus flexible.De même, le CCM a été développé il y a 20 ans, mais il n’existe aucune information à son sujet car les quelques entreprises qui l’utilisent ne partagent pas leurs connaissances et leur expertise.C’est pourquoi nous devons repartir de zéro, uniquement sur la base de notre compréhension des matériaux composites et de leur traitement.»
"Nous étudions actuellement des plans internes et travaillons avec les clients pour trouver les composants de ces nouvelles technologies", a déclaré Corvaglia."Ces pièces devront peut-être être repensées et requalifiées avant que la production puisse commencer."Pourquoi?« L’objectif est de rendre l’avion le plus léger possible, mais à un prix compétitif.Il faut donc également optimiser l’épaisseur.Cependant, nous pouvons constater qu’une seule pièce peut réduire le poids ou identifier plusieurs pièces ayant des formes similaires, ce qui peut permettre d’économiser beaucoup d’argent.
Il a réitéré que jusqu’à présent, cette technologie était entre les mains de quelques personnes.« Mais nous avons développé des technologies alternatives pour automatiser ces processus en ajoutant des moulages sous presse plus avancés.Nous mettons un stratifié plat puis en retirons une partie, prête à l'emploi.Nous sommes en train de repenser des pièces et de développer des pièces plates ou profilées.L’étape du CCM.
« Nous disposons désormais d'une ligne de production de CCM très flexible au CETMA », a déclaré Pappadà.« Ici, nous pouvons appliquer différentes pressions selon les besoins pour obtenir des formes complexes.La gamme de produits que nous développerons en collaboration avec Leonardo sera davantage axée sur la satisfaction de ses composants spécifiques requis.Nous pensons que différentes lignes CCM peuvent être utilisées pour les longerons plats et en forme de L au lieu de formes plus complexes.De cette façon, par rapport aux grandes presses actuellement utilisées pour produire des pièces TPC géométriques complexes, nous pouvons maintenir le coût de l'équipement à un niveau bas.
Le CETMA utilise du CCM pour produire des longerons et des panneaux à partir de ruban unidirectionnel en fibre de carbone/PEKK, puis utilise le soudage par induction de ce démonstrateur de faisceaux de quille pour les connecter dans le cadre du projet Clean Sky 2 KEELBEMAN géré par EURECAT.Source|"Un démonstrateur de soudage de poutres de quille thermoplastiques est réalisé."
"Le soudage par induction est très intéressant pour les matériaux composites, car la température peut être très bien ajustée et contrôlée, le chauffage est très rapide et le contrôle est très précis", a déclaré Pappadà.« En collaboration avec Leonardo, nous avons développé le soudage par induction pour assembler les composants TPC.Mais nous envisageons désormais d'utiliser le soudage par induction pour la consolidation in situ (ISC) du ruban TPC.Pour cela, nous avons développé un nouveau ruban en fibre de carbone, qui peut être chauffé très rapidement par soudage par induction à l'aide d'une machine spéciale.Le ruban utilise le même matériau de base que le ruban commercial, mais possède une architecture différente pour améliorer le chauffage électromagnétique.Tout en optimisant les propriétés mécaniques, nous réfléchissons également au processus pour tenter de répondre à différentes exigences, telles que la manière de les traiter de manière rentable et efficace grâce à l'automatisation.
Il a souligné qu'il est difficile d'obtenir un ISC avec une bande TPC avec une bonne productivité.« Afin de l'utiliser pour la production industrielle, vous devez chauffer et refroidir plus rapidement et appliquer une pression de manière très contrôlée.Par conséquent, nous avons décidé d'utiliser le soudage par induction pour chauffer uniquement une petite zone où le matériau est consolidé, et le reste des stratifiés est conservé au froid.Pappadà indique que le TRL pour le soudage par induction utilisé pour l'assemblage est plus élevé."
L'intégration sur site utilisant le chauffage par induction semble extrêmement perturbatrice : à l'heure actuelle, aucun autre équipementier ou fournisseur de premier plan ne le fait publiquement."Oui, il peut s'agir d'une technologie perturbatrice", a déclaré Corvaglia.« Nous avons déposé des brevets pour la machine et les matériaux.Notre objectif est un produit comparable aux matériaux composites thermodurcis.De nombreuses personnes essaient d'utiliser le TPC pour l'AFP (Automatic Fiber Placement), mais la deuxième étape doit être combinée.En termes de géométrie, il s'agit d'une limitation importante en termes de coût, de temps de cycle et de taille des pièces.En fait, nous pourrions changer la façon dont nous produisons des pièces aérospatiales.
En plus des thermoplastiques, Leonardo continue ses recherches sur la technologie RTM.« C'est un autre domaine dans lequel nous coopérons avec le CETMA, et de nouveaux développements basés sur l'ancienne technologie (SQRTM dans ce cas) ont été brevetés.Moulage par transfert de résine qualifié initialement développé par Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, États-Unis) (SQRTM).Corvaglia a déclaré : « Il est important de disposer d'une méthode d'autoclave (OOA) qui nous permet d'utiliser des matériaux déjà qualifiés.« Cela nous permet également d’utiliser des préimprégnés aux caractéristiques et qualités reconnues.Nous avons utilisé cette technologie pour concevoir, démontrer et déposer un brevet pour des cadres de fenêtres d'avion."
Malgré le COVID-19, le CETMA travaille toujours sur le programme Leonardo. Ici, on montre l'utilisation du SQRTM pour fabriquer des structures de hublots d'avion afin d'obtenir des composants sans défauts et d'accélérer le préformage par rapport à la technologie RTM traditionnelle.Leonardo peut ainsi remplacer des pièces métalliques complexes par des pièces composites maillées sans autre traitement.Source |CETMA, Léonard.
Pappadà a souligné : « Il s'agit également d'une technologie plus ancienne, mais si vous allez en ligne, vous ne pouvez pas trouver d'informations sur cette technologie. »Encore une fois, nous utilisons des modèles analytiques pour prédire et optimiser les paramètres du processus.Avec cette technologie, nous pouvons obtenir une bonne répartition de la résine – pas de zones sèches ni d’accumulation de résine – et une porosité presque nulle.Parce que nous pouvons contrôler la teneur en fibres, nous pouvons produire des propriétés structurelles très élevées et la technologie peut être utilisée pour produire des formes complexes.Nous utilisons les mêmes matériaux qui répondent aux exigences de durcissement en autoclave, mais utilisons la méthode OOA, mais vous pouvez également décider d'utiliser une résine à durcissement rapide pour raccourcir le temps de cycle à quelques minutes."
"Même avec le préimprégné actuel, nous avons réduit le temps de durcissement", a déclaré Corvaglia.« Par exemple, par rapport à un cycle d'autoclave normal de 8 à 10 heures, pour des pièces telles que les cadres de fenêtres, le SQRTM peut être utilisé pendant 3 à 4 heures.La chaleur et la pression sont directement appliquées aux pièces et la masse chauffante est moindre.De plus, le chauffage de la résine liquide dans l'autoclave est plus rapide que l'air, et la qualité des pièces est également excellente, ce qui est particulièrement bénéfique pour les formes complexes.Aucune reprise, presque aucun vide et une excellente qualité de surface, car c'est l'outil qui est contrôlé, pas le sac sous vide.
Leonardo utilise diverses technologies pour innover.En raison du développement rapide de la technologie, il estime que l'investissement dans la R&D à haut risque (faible TRL) est essentiel pour le développement de nouvelles technologies nécessaires aux futurs produits, qui dépasse les capacités de développement incrémentielles (à court terme) que possèdent déjà les produits existants. .Le plan directeur R&D 2030 de Leonardo combine une telle combinaison de stratégies à court et à long terme, ce qui constitue une vision unifiée pour une entreprise durable et compétitive.
Dans le cadre de ce plan, elle lancera Leonardo Labs, un réseau international de laboratoires de R&D d'entreprise dédié à la R&D et à l'innovation.D'ici 2020, l'entreprise cherchera à ouvrir les six premiers laboratoires Leonardo à Milan, Turin, Gênes, Rome, Naples et Tarente, et recrute 68 chercheurs (Leonardo Research Fellows) ayant des compétences dans les domaines suivants) : 36 systèmes intelligents autonomes pour postes en intelligence artificielle, 15 analyses de big data, 6 calculs haute performance, 4 électrification de plateformes aéronautiques, 5 matériaux et structures et 2 technologies quantiques.Leonardo Laboratory jouera le rôle de poste d'innovation et de créateur de la future technologie de Leonardo.
Il convient de noter que la technologie de Leonardo commercialisée sur les avions pourrait également être appliquée dans ses départements terrestres et maritimes.Restez à l'écoute pour plus de mises à jour sur Leonardo et son impact potentiel sur les matériaux composites.
La matrice lie le matériau renforcé de fibres, donne sa forme au composant composite et détermine sa qualité de surface.La matrice composite peut être en polymère, en céramique, en métal ou en carbone.Ceci est un guide de sélection.
Pour les applications composites, ces microstructures creuses remplacent beaucoup de volume par un faible poids et augmentent le volume de traitement et la qualité du produit.
Heure de publication : 09 février 2021