Merevolusi Manufaktur Komposit: Alat AFP-XS Ringan dari Addcomposites

 

"Tujuan kami adalah untuk mengurangi hambatan terhadap manufaktur komposit," kata CEO Addcomposites Pravin Luthada. Addcomposites telah mengembangkan alat penempatan serat otomatis (AFP) yang dapat dipasang pada lengan robot apa pun yang sudah ada.

AFP-XS tersedia untuk dibeli, tetapi juga untuk disewa. Alat ini ringan, beratnya 6,5 kg kosong, dan kompak. "Kami mengirimpannya dalam kotak setinggi tower komputer desktop," kata Luthada. "Sisir pengganti dan bahan habis pakai juga termasuk dalam biaya sewa."

Bagi saya, ini memiliki potensi gangguan yang tinggi dan juga hampir tidak dapat dihindari saat industri bergerak maju menuju baris produksi dan pabrik pintar Industry 4.0. Kami sudah melihat baris seperti itu yang didirikan oleh mitra Airborne dengan SABIC dan Factory 4.0 Testlab di Swinburne University. Kami juga memantau AFP dan pencetakan 3D bergabung dan kombinasi berbagai proses ke dalam sistem atau sel otomatis tunggal (misalnya AFP dan filament winding, CNC machining, laser surface treatment dan joining, dll.) untuk mencapai fleksibilitas, multifungsi dan kecepatan baru. Jika Addcomposites mendapatkan keinginannya, sel AFP besar dan mahal segera mungkin menjadi hal dari masa lalu.

 

Keingintahuan akan manufaktur komposit yang terjangkau

Visi untuk alat kepala AFP-XS Addcomposites berawal beberapa tahun lalu saat CEO-nya bekerja untuk Indian Space Research Organization (ISRO). Secara terikat, India adalah salah satu pasar komposit yang tumbuh paling cepat, dan namun, "tidak ada sistem AFP di India yang saya ketahui," kata Luthada. "Di ISRO, kami mengeluarkan tender untuk sistem otomatis untuk manufaktur komposit, terutama laminat dan struktur sandwich untuk satelit dan kendaraan peluncur, tetapi semua tanggapan yang kami terima terlalu mahal. ISRO cukup sukses dalam program antariknya, tetapi terus memproduksi sebagian besar produk kompositnya menggunakan hand layup."

Itulah lahirnya keingintahuan Luthada untuk mengembangkan manufaktur komposit yang terjangkau. "Di jalan mendirikan Addcomposites, saya membangun dan menerapkan mesin pemilinan serat dan sistem pencetakan 3D untuk plastik dan keramik." Ketika ia pindah ke Finlandia, untuk mengejar Master Degree di Aalto University di dekat Helsinki, Luthada dapat memulai proyek penelitian untuk membuat otomatisasi komposit lebih terjangkau. "Aalto tidak begitu kuat dalam komposit, tetapi mereka sangat kuat dalam manufaktur digital, berkat ekosistem inovasi terbuka di Finlandia," katanya. "Kami dapat memulai dari nol dan merancang ulang seluruh desain alat kepala AFP, mengeksplorasi bagaimana mempertahankan biaya seendur mungkin."

 

"Kami cukup mendekati masalah secara berbeda dari pemasok saat ini," kata Luthada. "Di tempat mereka membangun sel besar, mahal, mandiri, kami telah mengembangkan alat yang dapat plug and play ke infrastruktur yang ada — yaitu, lengan robot apa pun. Jadi, pelanggan kami tidak perlu berinvestasi ke sel lain." Masih, tim tidak rela mengorbankan kualitas penerbangan. Luthada mengatakan alat AFP-XS kokom, dibuat dengan bagian berkualitas tinggi. "Upaya utama kami ada pada perangkat lunak dan kontrol."

 

Ekosistem terbuka dan dapat disesuaikan untuk Composites 4.0

"Kami mulai melihat bagaimana mengembangkan perangkat lunak pemrograman offline," katanya melanjutkan. "Kami berbicara dengan Dassault Systèmes dan Autodesk, di antara lainnya, tetapi sistem akan terlalu mahal bagi pelanggan kami. Jadi, kami melihat sistem perangkat lunak terbuka apa yang tersedia. Pemenang? Rhino 3D. "Tersedia dengan biaya lisensi seumur hidup sekitar 1.000 euro," kata Luthada. "Ini juga memungkinkan pemrograman visual, yang memudahkan untuk skrip perubahan kustom dalam program, misalnya, membuat rencana gerak berdasarkan bahasa domain spesifik setiap mesin."

"Meski kami mencoba untuk sudah memberikan sebagian besar yang dibutuhkan pengguna," katanya melanjutkan, "perangkat lunak telah dirancang sehingga operator dapat mengakses kontrol dan mengakses data. Menghubungkan dan mengontrol alat AFP/ATL (automated tape laying) yang saat ini tersedia ke platform gerak apa pun seperti lengan robot atau mesin CNC biasanya cukup tantang. Pemasok ATL/AFP biasanya membatasi IO (input/output) alat. Kami memutuskan, namun, untuk menggunakan kontrol EtherCAT, yang beroperasi seperti kereta informasi berkecepatan tinggi yang terus berjalan antara port IO pengontrol lengan robot dan alat. Data dikumpulkan atau dijatuhkan di setiap stasiun berdasarkan perintah yang ditetapkan untuk memberikan akses, umpan balik dan kontrol penuh atas informasi yang ditransmisikan antara robot dan alat AFP-XS. Pendekatan ini memungkinkan kontrol dan komunikasi real-time untuk aplikasi Industry 4.0."

Luthada mengatakan ekosistem keberbukaan ini menawarkan banyak fleksibilitas. "Kami mengaktifkan aksesibilitas yang sangat tinggi sehingga siapa pun yang bekerja dengan CAM (computer aided manufacturing) dapat mengintegrasikannya ke platform robotik mereka. Misalnya, Anda dapat menyesuaikan AFP-XS untuk berkomunikasi dengan sistem pemantauan inline atau dengan pemicul serat robotik." Dia mengatakan penyedia otomatisasi mengenali apa yang ditawarkan dari press release awal perusahaan (lihat "Addcomposites introduces plug & play AFP/ATL"). "Sejumlah dari mereka menghubungi kami, ingin mengintegrasikan sistem kami ke dalam tawaran sel manufaktur mereka." Bahkan lebih penting, Luthada menegaskan, "desain kami juga membuatnya mudah untuk memulai dan berjalan dengan sistem ini."

AFP-XS menggunakan perangkat lunak Addpath, platform terbuka berdasarkan Rhino 3D.
SUMBER | Addcomposites

 

Material dan spesifikasi

Kepala alat AFP-XS dapat memproses serat kering dan tape prepreg dengan lebar 5 mm hingga 20 mm. "Saat kami mengembangkan kepala alat, kami telah mengoptimalkannya untuk setiap material," Luthada menjelaskan. "Kami memulai pertama dengan serat kering tetapi sekarang bekerja dengan prepreg termohidrol dan prepreg termoplastik suhu rendah, yaitu material dengan Tg di bawah 200°C, seperti PLA dan poliamida. Ketika menjalankan tape termoplastik, kami meningkatkan sistem untuk melakukan in-situ consolidation (ISC)." Dia mengatakan perusahaan akan segera memiliki sejumlah besar data berdasarkan proyek tape termoplastik ISC yang telah dilakukan selama beberapa waktu. "Kami juga menjalankan prepreg termohidrol out of autoclave (OOA) pada akhir bulan ini."

Seputar kepala alat, Addcomposites mengembangkan setiap komponen dengan tujuan mempertahankan biaya rendah, namun mencapai kualitas penerbangan. "Kami mengembangkan potong sendiri," kata Luthada. "Butuh banyak iterasi, tetapi sangat ringan, sangat kompak dan kokom. Kami saat ini mencapai -0/+2 mm keakuratan tetapi bekerja untuk mendorong toleransi yang lebih ketat."

Bobot rendah semua komponen adalah kunci. "Berat alat kepala kurang dari 10 kg, bervariasi hanya seberapa banyak serat yang ingin dimuat pengguna pada gulungan," kata manajer pengembangan bisnis Addcomposites James Kuligoski. Sebelumnya quality engineer di Hexcel, dia menambahkan, "Ini membantu meminimalkan ukuran robot yang diperlukan, dan dengan demikian mengurangi biaya peralatan dan operasional."

Untuk pemanasan, AFP-XS saat ini menggunakan inframerah dan udara panas. "Kami tidak menggunakan laser karena terlalu mahal, ditambah biaya operasional dan pemeliharaan lebih tinggi," catat Kuligoski. Ini adalah satu alasan mengapa termoplastik suhu tinggi masih dalam R&D. Namun, Addcomposites juga mengeksplorasi teknologi pemanasan lainnya yang menawarkan performa namun terjangkau.

 

AFP via Hardware-as-a-service (HaaS)

Addcomposites menawarkan AFP-XS untuk dibeli, tetapi juga untuk disewa dengan tarif 2.000 hingga 3.000 euro per bulan tergantung pada periode sewa. "Ide kami adalah bahkan sebagai startup kecil atau kelompok penelitian, Anda dapat menyewa alat untuk membantu desain produksi," Luthada menjelaskan. "Anda sudah memiliki FEA dan desain bagian siap tetapi sekarang perlu mengoptimalkan untuk manufakturabilitas. Desainer dapat meminta simulasi pembuatan bagian melalui situs web kami. Perusahaan kemudian dapat menyewa alat untuk waktu yang dibutuhkan, memasukkannya ke robot yang ada. Kami juga dapat memberikan bantuan dengan suplai robot lokal jika diperlukan. Ketika selesai, mereka dapat mengembalikan peralatan atau membelinya dengan harga yang lebih murah."

Pada awal 2020, Addcomposites ingin meluncurkan program ini ke setiap negara di UE, dimulai terlebih dahulu dengan Prancis, Jerman, Polandia dan Inggris. "Tahun depan, kami ingin mendapatkan 20 alat di Eropa dan AS," kata Luthada.

Addcomposites telah menggunakan AFP-XS untuk pekerjaan pengembangan industri antarik di Finlandia dan bekerja dengan perusahaan Finlandia lainnya yang mengembangkan tape termoplastik. Ini juga baru saja menyelesaikan proyek otomatisasi manufaktur dengan produsen komposit terbesar di Finlandia dan melakukan pekerjaan pilot awal untuk perusahaan di AS.

"Pasar kami mencakup universitas dan pusat penelitian tetapi juga perusahaan kecil hingga menengah yang saat ini membuat komposit menggunakan hand layup dan ingin mendapatkan pengalaman dalam AFP dan otomatisasi," kata Kuligoski. "Kami dapat menjalankan uji coba dan merekam video mesin saat membuat bagian. Mereka kemudian dapat menyewa dan/atau membeli alat setelah melihatnya digunakan pada produk mereka."

 

Bagaimana daya saingnya?

Luthada mengakui bahwa output alat kepala AFP-XS belum setinggi sel besar yang saat ini dijual oleh pemasok sistem AFP. "Tapi kami tidak kehilangan kecepatan penempatan," katanya menentang. "Material yang kami proses sama. Kami melihat hasil yang jauh lebih baik dengan tape yang memiliki variasi rendah, sama seperti yang lain. Tapi sejauh kualitas laminat akhir yang dihasilkan, tidak ada perbedaan." Karena perusahaan tidak menginfus atau mengobati laminat akhir itu sendiri, melainkan menyediakan peralatan untuk produsen, masih dalam proses mengumpulkan data laminat. Dengan beberapa program yang kini selesai, dia mencatat data ini akan segera diposting di situs web Addcomposites.

"Kami memulai proyek penelitian di Aalto University pada 2017 dan mendirikan Addcomposites pada 2018," kata Luthada. "Kami telah belajar banyak dengan bekerja dengan berbagai produsen dan terus majukan sistem AFP-XS. Perbaikan ini akan diluncurkan ke semua pengguna setelah diuji dan terbukti. Saat ini sistem bekerja dengan robot Kuka dan sedang dalam proses terbukti dengan ABB dan Universal Robots."

"Kami percaya komposit adalah masa depan untuk manufaktur canggih," kata Kuligoski, "dan kami antusias untuk membawa produksi pintar dan terotomatisasi ke semua produsen komposit dengan cara yang terjangkau."

Kunjungi Addcomposites di Composites Europe, 9-12 September (Stuttgart, Jerman) dan tetap tunggu pembaruan lebih lanjut dari CW.