Leonardo, fornitore italiano OEM e Tier 1, ha collaborato con il dipartimento di ricerca e sviluppo del CETMA per sviluppare nuovi materiali compositi, macchine e processi, inclusa la saldatura a induzione per il consolidamento in loco dei compositi termoplastici.#Trend#cleansky#f-35
Leonardo Aerostrutture, leader nella produzione di materiali compositi, produce canne di fusoliera monoblocco per il Boeing 787. Sta collaborando con CETMA per sviluppare nuove tecnologie tra cui lo stampaggio a compressione continua (CCM) e SQRTM (fondo).Tecnologia di produzione.Fonte |Leonardo e il CETMA
Questo blog si basa sulla mia intervista con Stefano Corvaglia, ingegnere dei materiali, direttore R&D e responsabile della proprietà intellettuale del dipartimento strutture dei velivoli di Leonardo (stabilimenti produttivi di Grottaglie, Pomigliano, Foggia, Nola, Sud Italia), e di un'intervista con il dottor Silvio Pappadà, ricercatore ingegnere e capo.Progetto di cooperazione tra CETMA (Brindisi, Italia) e Leonardo.
Leonardo (Roma, Italia) è uno dei principali attori mondiali nei settori aerospaziale, difesa e sicurezza, con un fatturato di 13,8 miliardi di euro e oltre 40.000 dipendenti in tutto il mondo.L'azienda fornisce soluzioni complete per sistemi aerei, terrestri, marittimi, spaziali, di rete, di sicurezza e senza pilota in tutto il mondo.L’investimento in ricerca e sviluppo di Leonardo ammonta a circa 1,5 miliardi di euro (11% dei ricavi 2019), posizionandosi al secondo posto in Europa e al quarto nel mondo in termini di investimenti in ricerca nei settori dell’aerospazio e della difesa.
Leonardo Aerostrutture produce canne di fusoliera in composito monopezzo per le parti 44 e 46 del Boeing 787 Dreamliner.Fonte |Leonardo
Leonardo, attraverso il suo reparto strutture aeronautiche, fornisce ai principali programmi aeronautici civili del mondo la produzione e l'assemblaggio di componenti strutturali di grandi dimensioni in materiali compositi e tradizionali, tra cui fusoliera e coda.
Leonardo Aerostrutture produce stabilizzatori orizzontali in composito per il Boeing 787 Dreamliner.Fonte |Leonardo
Per quanto riguarda i materiali compositi, la Divisione Strutture Aerospaziali di Leonardo produce presso lo stabilimento di Grottaglie “botti monopezzo” per le sezioni centrali 44 e 46 della fusoliera del Boeing 787 e presso lo stabilimento di Foggia gli stabilizzatori orizzontali, che rappresentano circa il 14% della fusoliera del 787.%.La produzione di altri prodotti con struttura composita comprende la produzione e l'assemblaggio dell'ala posteriore degli aerei commerciali ATR e Airbus A220 presso lo stabilimento di Foggia.Foggia produce anche parti in composito per il Boeing 767 e programmi militari, tra cui il Joint Strike Fighter F-35, il caccia Eurofighter Typhoon, l'aereo da trasporto militare C-27J e il Falco Xplorer, l'ultimo membro della famiglia di velivoli senza pilota Falco prodotti di Leonardo.
"Insieme al CETMA stiamo svolgendo molte attività, come nel settore dei compositi termoplastici e dello stampaggio a trasferimento di resina (RTM)", ha affermato Corvaglia.“Il nostro obiettivo è preparare le attività di ricerca e sviluppo per la produzione nel più breve tempo possibile.Nel nostro reparto (R&D e gestione della proprietà intellettuale), cerchiamo anche tecnologie dirompenti con TRL inferiore (livello di preparazione tecnica, ovvero il TRL inferiore è nascente e più lontano dalla produzione), ma speriamo di essere più competitivi e fornire aiuto ai clienti in tutto il mondo. mondo."
Pappadà ha aggiunto: “Dai nostri sforzi congiunti, abbiamo lavorato duramente per ridurre i costi e l’impatto ambientale.Abbiamo scoperto che i compositi termoplastici (TPC) sono stati ridotti rispetto ai materiali termoindurenti”.
Corvaglia sottolinea: “Abbiamo sviluppato queste tecnologie insieme al team di Silvio e costruito alcuni prototipi di batterie automatizzate per valutarle in produzione”.
"Il CCM è un ottimo esempio dei nostri sforzi congiunti", ha affermato Pappadà.“Leonardo ha individuato alcuni componenti realizzati con materiali compositi termoindurenti.Insieme abbiamo esplorato la tecnologia per fornire questi componenti nel TPC, concentrandoci sui luoghi in cui sono presenti un gran numero di parti sull'aereo, come strutture di giunzione e forme geometriche semplici.Montanti."
Parti prodotte utilizzando la linea di produzione di stampaggio a compressione continua di CETMA.Fonte |“CETMA: Innovazione R&D Italiana nei Materiali Compositi”
Ha continuato: “Abbiamo bisogno di una nuova tecnologia di produzione a basso costo e ad alta produttività”.Ha sottolineato che in passato veniva generata una grande quantità di rifiuti durante la produzione di un singolo componente del TPC.“Quindi, abbiamo prodotto una forma a rete basata sulla tecnologia di stampaggio a compressione non isotermica, ma abbiamo apportato alcune innovazioni (in attesa di brevetto) per ridurre gli sprechi.A questo scopo abbiamo progettato un'unità completamente automatica e poi un'azienda italiana l'ha costruita per noi.“
Secondo Pappadà, l’unità può produrre componenti progettati da Leonardo, “un componente ogni 5 minuti, lavorando 24 ore al giorno”.Tuttavia, il suo team ha dovuto poi capire come produrre le preforme.Ha spiegato: “All’inizio avevamo bisogno di un processo di laminazione piatto, perché all’epoca questo era il collo di bottiglia”.“Quindi, il nostro processo è iniziato con un foglio grezzo (laminato piatto) per poi riscaldarlo in un forno a infrarossi (IR)., E poi messo nella stampa per la formatura.I laminati piani vengono solitamente prodotti utilizzando presse di grandi dimensioni, che richiedono 4-5 ore di tempo ciclo.Abbiamo deciso di studiare un nuovo metodo in grado di produrre laminati piani più velocemente.Pertanto, in Leonardo Con il supporto di ingegneri, abbiamo sviluppato una linea di produzione CCM ad alta produttività nel CETMA.Abbiamo ridotto il tempo di ciclo dei pezzi da 1 metro per 1 milione a 15 minuti.L’importante è che si tratti di un processo continuo, quindi possiamo produrre lunghezze illimitate”.
La termocamera a infrarossi (IRT) nella linea di profilatura progressiva SPARE aiuta CETMA a comprendere la distribuzione della temperatura durante il processo di produzione e a generare analisi 3D per verificare il modello computerizzato durante il processo di sviluppo del CCM.Fonte |“CETMA: Innovazione R&D Italiana nei Materiali Compositi”
Ma come si confronta questo nuovo prodotto con il CCM che Xperion (ora XELIS, Markdorf, Germania) utilizza da più di dieci anni?Pappadà ha affermato: “Abbiamo sviluppato modelli analitici e numerici in grado di prevedere difetti come i vuoti”.“Abbiamo collaborato con Leonardo e l’Università del Salento (Lecce, Italia) per comprendere i parametri e il loro impatto sulla qualità.Utilizziamo questi modelli per sviluppare questo nuovo CCM, dove possiamo avere uno spessore elevato ma possiamo anche raggiungere un'alta qualità.Con questi modelli possiamo non solo ottimizzare la temperatura e la pressione, ma anche ottimizzarne il metodo di applicazione.È possibile sviluppare molte tecniche per distribuire uniformemente temperatura e pressione.Tuttavia, dobbiamo comprendere l’impatto di questi fattori sulle proprietà meccaniche e sulla crescita dei difetti delle strutture composite”.
Pappadà continua: “La nostra tecnologia è più flessibile.Allo stesso modo, il CCM è stato sviluppato 20 anni fa, ma non si hanno informazioni a riguardo perché le poche aziende che lo utilizzano non condividono conoscenze e competenze.Pertanto, dobbiamo iniziare da zero, solo sulla base della nostra comprensione dei materiali compositi e della lavorazione”.
"Stiamo ora esaminando i piani interni e lavorando con i clienti per trovare i componenti di queste nuove tecnologie", ha affermato Corvaglia.“Potrebbe essere necessario riprogettare e riqualificare queste parti prima che la produzione possa iniziare”.Perché?“L’obiettivo è rendere l’aereo il più leggero possibile, ma ad un prezzo competitivo.Dobbiamo quindi ottimizzare anche lo spessore.Tuttavia, potremmo scoprire che una parte può ridurre il peso o identificare più parti con forme simili, il che può far risparmiare molto denaro”.
Ha ribadito che finora questa tecnologia è stata nelle mani di poche persone.“Ma abbiamo sviluppato tecnologie alternative per automatizzare questi processi aggiungendo stampi a pressa più avanzati.Inseriamo un laminato piatto e poi ne estraiamo una parte, pronta per l'uso.Stiamo riprogettando le parti e sviluppando parti piatte o profilate.La fase del CCM.”
"Ora disponiamo di una linea di produzione CCM molto flessibile nel CETMA", ha affermato Pappadà.“Qui possiamo applicare pressioni diverse a seconda delle necessità per ottenere forme complesse.La linea di prodotti che svilupperemo insieme a Leonardo sarà maggiormente focalizzata nel soddisfare i suoi specifici componenti richiesti.Riteniamo che diverse linee CCM possano essere utilizzate per traverse piatte e a L invece che per forme più complesse.In questo modo, rispetto alle grandi presse attualmente utilizzate per produrre parti geometriche complesse in TPC, possiamo mantenere bassi i costi delle attrezzature”.
CETMA utilizza CCM per produrre traverse e pannelli da nastro unidirezionale in fibra di carbonio/PEKK, quindi utilizza la saldatura a induzione di questo dimostratore del fascio di chiglia per collegarli nel progetto Clean Sky 2 KEELBEMAN gestito da EURECAT.Fonte|”Viene realizzato un dimostratore per la saldatura di travi di chiglia termoplastiche.”
"La saldatura a induzione è molto interessante per i materiali compositi, perché la temperatura può essere regolata e controllata molto bene, il riscaldamento è molto veloce e il controllo è molto preciso", ha detto Pappadà.“Insieme a Leonardo abbiamo sviluppato la saldatura a induzione per unire i componenti TPC.Ma ora stiamo valutando l’utilizzo della saldatura a induzione per il consolidamento in situ (ISC) del nastro TPC.A tal fine, abbiamo sviluppato un nuovo nastro in fibra di carbonio, che può essere riscaldato molto rapidamente mediante saldatura a induzione utilizzando una macchina speciale.Il nastro utilizza lo stesso materiale di base del nastro commerciale, ma ha un'architettura diversa per migliorare il riscaldamento elettromagnetico.Oltre a ottimizzare le proprietà meccaniche, stiamo anche considerando il processo per cercare di soddisfare diversi requisiti, ad esempio come gestirli in modo economicamente vantaggioso ed efficiente attraverso l’automazione”.
Ha sottolineato che è difficile ottenere l'ISC con il nastro TPC con una buona produttività.“Per utilizzarlo per la produzione industriale, è necessario riscaldarlo e raffreddarlo più velocemente e applicare la pressione in modo molto controllato.Pertanto, abbiamo deciso di utilizzare la saldatura a induzione per riscaldare solo una piccola area in cui il materiale è consolidato, mentre il resto dei laminati viene mantenuto freddo.”Pappadà dice che il TRL per la saldatura ad induzione utilizzata per l'assemblaggio è più alto.“
L’integrazione in loco utilizzando il riscaldamento a induzione sembra estremamente dirompente: attualmente nessun altro OEM o fornitore di livello lo fa pubblicamente.“Sì, questa potrebbe essere una tecnologia dirompente”, ha detto Corvaglia.“Abbiamo richiesto i brevetti per la macchina e i materiali.Il nostro obiettivo è un prodotto paragonabile ai materiali compositi termoindurenti.Molte persone provano a utilizzare TPC per AFP (Automatic Fiber Placement), ma il secondo passaggio deve essere combinato.In termini di geometria, questa è una grande limitazione in termini di costi, tempo di ciclo e dimensioni della parte.In effetti, potremmo cambiare il modo in cui produciamo parti aerospaziali”.
Oltre ai termoplastici, Leonardo continua a ricercare la tecnologia RTM.“Questo è un altro settore in cui collaboriamo con il CETMA e sono stati brevettati nuovi sviluppi basati sulla vecchia tecnologia (SQRTM in questo caso).Stampaggio a trasferimento di resina qualificato originariamente sviluppato da Radius Engineering (Salt Lake City, Utah, USA) (SQRTM).Corvaglia ha dichiarato: “È importante disporre di un metodo autoclave (OOA) che ci consenta di utilizzare materiali già qualificati.“Questo ci consente anche di utilizzare preimpregnati con caratteristiche e qualità ben note.Abbiamo utilizzato questa tecnologia per progettare, dimostrare e richiedere un brevetto per i telai dei finestrini degli aerei.“
Nonostante il COVID-19, CETMA sta ancora elaborando il programma Leonardo, qui è mostrato l'uso di SQRTM per realizzare strutture di finestrini di aerei per ottenere componenti privi di difetti e accelerare la preformatura rispetto alla tradizionale tecnologia RTM.Pertanto, Leonardo può sostituire parti metalliche complesse con parti composite in rete senza ulteriori lavorazioni.Fonte |CETMA, Leonardo.
Pappadà sottolinea: “Anche questa è una tecnologia vecchia, ma se vai online non trovi informazioni su questa tecnologia”.Ancora una volta, utilizziamo modelli analitici per prevedere e ottimizzare i parametri di processo.Con questa tecnologia possiamo ottenere una buona distribuzione della resina, senza zone secche o accumuli di resina, e una porosità quasi pari a zero.Poiché possiamo controllare il contenuto di fibre, possiamo produrre proprietà strutturali molto elevate e la tecnologia può essere utilizzata per produrre forme complesse.Utilizziamo gli stessi materiali che soddisfano i requisiti di polimerizzazione in autoclave, ma utilizziamo il metodo OOA, ma puoi anche decidere di utilizzare una resina a polimerizzazione rapida per ridurre il tempo di ciclo a pochi minuti.“
"Anche con l'attuale prepreg, abbiamo ridotto i tempi di polimerizzazione", ha affermato Corvaglia.“Ad esempio, rispetto ad un normale ciclo in autoclave di 8-10 ore, per particolari come i serramenti, SQRTM può essere utilizzato per 3-4 ore.Calore e pressione vengono applicati direttamente alle parti e la massa riscaldante è inferiore.Inoltre, il riscaldamento della resina liquida nell'autoclave è più veloce dell'aria e anche la qualità delle parti è eccellente, il che è particolarmente vantaggioso per le forme complesse.Nessuna rilavorazione, quasi zero vuoti e ottima qualità superficiale, perché in Control it si trova l'utensile, non il sacco a vuoto.
Leonardo utilizza diverse tecnologie per innovare.A causa del rapido sviluppo della tecnologia, si ritiene che gli investimenti in ricerca e sviluppo ad alto rischio (basso TRL) siano essenziali per lo sviluppo di nuove tecnologie necessarie per i prodotti futuri, che superino le capacità di sviluppo incrementale (a breve termine) che i prodotti esistenti già possiedono .Il piano generale di ricerca e sviluppo di Leonardo al 2030 combina questa combinazione di strategie a breve e lungo termine, creando una visione unitaria per un’azienda sostenibile e competitiva.
Nell’ambito di questo piano, lancerà Leonardo Labs, una rete internazionale di laboratori di ricerca e sviluppo aziendali dedicati alla ricerca e sviluppo e all’innovazione.Entro il 2020 l'azienda punterà ad aprire i primi sei laboratori Leonardo a Milano, Torino, Genova, Roma, Napoli e Taranto, e sta reclutando 68 ricercatori (Leonardo Research Fellows) con competenze nei seguenti ambiti): 36 sistemi intelligenti autonomi per posizioni di intelligenza artificiale, 15 analisi di big data, 6 calcoli ad alte prestazioni, 4 elettrificazione della piattaforma aeronautica, 5 materiali e strutture e 2 tecnologie quantistiche.Il Laboratorio Leonardo svolgerà il ruolo di centro di innovazione e creatore della futura tecnologia di Leonardo.
Vale la pena notare che la tecnologia di Leonardo commercializzata sugli aerei potrà essere applicata anche nei suoi dipartimenti di terra e di mare.Restate sintonizzati per ulteriori aggiornamenti su Leonardo e il suo potenziale impatto sui materiali compositi.
La matrice lega il materiale fibrorinforzato, conferisce la forma al componente composito e ne determina la qualità della superficie.La matrice composita può essere polimerica, ceramica, metallica o carbonio.Questa è una guida alla selezione.
Per le applicazioni composite, queste microstrutture cave sostituiscono molto volume con un peso ridotto e aumentano il volume di lavorazione e la qualità del prodotto.
Orario di pubblicazione: 09-febbraio-2021