OTOMcomposite mengembangkan perangkat lunak untuk produksi Komposit 4.0 menggunakan penempatan dan penggulungan pita berbantuan laser
OTOMcomposite (Enschede, Belanda) adalah perusahaan rintisan yang menyediakan layanan teknik dan perangkat lunak untuk penempatan serat otomatis (AFP), penempatan pita berbantuan laser (LATP), dan penggulungan pita berbantuan laser (LATW). LATP dan LATW menjanjikan teknik manufaktur untuk menghasilkan komponen komposit termoplastik canggih (lihat Tantangan LATW). Elemen utama dari proses ini ditunjukkan pada Gambar 1. (Untuk lebih jelasnya lihat, “Penempatan serat kering:Melampaui batas”).
Gbr. 1. Elemen utama dari proses penempatan pita berbantuan laser (LATP) dan penggulungan pita (LATW). Kredit Foto:“Variasi suhu selama lilitan melingkar yang berdekatan dengan bantuan laser berkelanjutan dari bejana tekan tipe-IV” oleh Amin Zaami, et. al.
Manufaktur satu langkah yang sepenuhnya otomatis dapat dicapai dalam proses ini ketika pita prepreg yang diperkuat serat digabungkan “in-situ , ” yang dapat mengurangi biaya produksi dan menghilangkan langkah pasca-konsolidasi atau curing. Terlepas dari keuntungan dari teknik manufaktur ini, adalah tugas yang sulit untuk memprediksi dan mengontrol proses, termasuk suhu laminasi, kristalinitas dalam matriks termoplastiknya, tegangan sisa dan kualitas keseluruhan. Ini dipengaruhi oleh iradiasi dan pantulan laser (lihat Gambar 2 di bawah), geometri perkakas lokal, konsolidasi yang dicapai, dan parameter proses tertentu.
OTOMcomposite berperan dalam kemampuan vital untuk menganalisis suhu proses secara menyeluruh selama LATP dan LATW, yang sangat penting untuk properti dan kinerja bagian yang dihasilkan.
Pengembangan perangkat lunak setelah proyek ambliFibre
Pengembangan kontrol proses inline berbasis model untuk proses LATW/LATP dimulai di University of Twente dalam proyek ambliFibre yang didanai Uni Eropa. Bekerja sama erat dengan Institut Teknologi Produksi Fraunhofer (IPT, Aachen, Jerman), lebih dari 20 publikasi ilmiah telah dirilis selama/setelah proyek ini. Pada tahun 2017, Dr. Amin Zaami melihat potensi untuk menghasilkan alat komersial untuk proses LATP/LATW dan mulai mengembangkan alat OTOM (optical thermal optimization model), yang menggabungkan pemodelan elemen hingga (FEM) dan ray tracing tingkat lanjut.
Ray tracing adalah teknik yang melacak jalur cahaya dan mensimulasikan efek pertemuannya dengan objek selama proses AFP. Model optik ray-tracing menyediakan kondisi batas fluks panas dari laser AFP untuk analisis FE. Saat dikombinasikan dengan perangkat lunak kontrol AFP — yang biasanya tidak berfokus pada fase pengikatan/pemanasan, tetapi hanya pada pengaturan posisi dan kontrol kecepatan — OTOM memungkinkan jalur yang lebih cepat untuk mengoptimalkan pemrosesan komponen dan kinerja komposit termoplastik.
Mengganti trial and error dengan manufaktur digital 4.0
Perangkat lunak OTOM V.1.20 dikatakan menghapus fase coba-coba di proses LATP/LATW. Tergantung pada kompleksitas produk, throughput dapat ditingkatkan beberapa ratus persen, terutama untuk pengembangan produk baru (NPD). Hal ini pada gilirannya menghasilkan pengurangan waktu yang signifikan untuk desain, uji coba check-out, dan optimalisasi parameter proses.
Gbr. 2. Refleksi anisotropik sebagai hasil interaksi laser dengan pita prepreg. Kredit Foto:“Karakterisasi optik pita termoplastik yang diperkuat serat untuk pembuatan komposit berbasis laser” oleh Amin Zaami, et. al.
Gbr. 3 . Geometri iradiasi laser yang berbeda. Kredit foto:“Pemodelan Numerik 3D Penggulungan Pita Berbantuan Laser …” oleh Amin Zaami, et. al.
Gambar . 4 . Kelengkungan substrat yang berubah secara geometris. Kredit Foto:“Kerangka pengoptimalan proses baru untuk penggulungan pita berbantuan laser pada bejana tekan komposit:Mengontrol suhu ikatan yang tidak stabil” oleh Amin Zaami, et. al.
Proses LATP/LATW sulit untuk dijelaskan, diprediksi, dan dioptimalkan karena geometri yang kompleks, kelengkungan pahat yang bervariasi, dan sifat optik dan termal anisotropik dari pita komposit termoplastik yang diperkuat serat yang digunakan. Ada juga masalah seperti pemrosesan yang tidak stabil, waktu henti mesin, asap dari bahan yang terlalu panas, degradasi bahan, pemerasan (matriks yang meleleh ditekan di luar tepi pita) dan kebutuhan untuk mengurangi waktu produksi. Ini dapat diselesaikan dengan alat seperti OTOM, yang menyediakan pemantauan inline, kontrol berbasis model, dan manufaktur digital Industri 4.0.
Tujuan jangka panjang OTOM adalah untuk mencapai produksi suku cadang LATP/LATW yang kuat dengan mengkompensasi variabilitas dalam proses manufaktur untuk memungkinkan sifat dan kinerja suku cadang komposit yang berulang dan dapat diprediksi. OTOM telah divalidasi menggunakan teknik numerik canggih dan studi eksperimental. Alat ini mampu mengoptimalkan setiap parameter proses untuk tujuan pengoptimalan tertentu (misalnya, menemukan daya laser yang dioptimalkan, menemukan sudut laser yang dioptimalkan menuju zona yang dipanaskan) untuk mendapatkan efisiensi proses dan kualitas produk tertinggi.
Interaksi laser AFP dengan laminasi komposit, lokalisasi suhu untuk substrat yang berubah secara geometris, dan bahkan efek geometri perkakas dapat sepenuhnya disimulasikan dan dioptimalkan, semuanya di satu tempat. Alat pemodelan OTOM berbasis multifisika dilaporkan membuka jalan bagi proses LATP/LATW digital, memberikan kualitas produk akhir yang unggul dengan waktu dan biaya produksi yang diminimalkan.
OTOMcomposite
Diluncurkan pada tahun 2021, OTOMcomposite menyediakan layanan dan solusi perangkat lunak untuk semakin banyak organisasi saat bisnis pulih setelah pandemi COVID-19. OTOMcomposite menawarkan layanan rekayasa kepada klien dari jarak jauh atau di lokasi mereka, termasuk lini produksi dan penilaian kualitas produk, konsultasi teknologi, dan perangkat lunak rekayasa yang disesuaikan. Layanan ini diberikan kepada perusahaan dan organisasi penelitian di sektor kedirgantaraan, minyak dan gas, transportasi, otomotif, dan energi hijau. OTOMcomposite juga mengupayakan kolaborasi dengan departemen R&D lainnya untuk penerapan teknologi terkemuka yang terkait dengan komposit, serta berpartisipasi dalam proyek R&D yang didanai publik dan swasta. Untuk informasi lebih lanjut, hubungi [email protected].
