Panduan Ahli untuk Pengelasan Komposit Termoplastik

Berbeda dengan komposit yang dibuat dengan matriks termoset, komposit termoplastik (TPCs) tidak memerlukan reaksi kimia kompleks atau proses curing yang panjang. Prepreg termoplastik tidak memerukan pendinginan, menawarkan shelf life yang tak terbatas. Polimer yang digunakan dalam TPC penerbangan — polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK) dan polyarylketone (PAEK) — menawarkan toleransi kerusakan tinggi pada bagian yang selesai, serta resistensi kelembaban dan kimia dan, oleh karena itu, tidak degradasi dalam kondisi panas/basah. Dan mereka dapat dicair kembali, menjanjikan manfaat dalam perbaikan dan daur ulang akhir hayat. Namun, mungkin driver terbesar untuk penggunaan TPC dalam pengembangan pesawat adalah kemampuan untuk menggabungkan komponen melalui fusion bonding/welding. Ini menawarkan alternatif yang menarik terhadap metode konvensional — pemasang mekanik dan bonding lem — yang digunakan untuk menggabungkan bagian komposit termoset (TSC).

Seperti yang didefinisikan dalam paper yang banyak dikutip, “Fusion Bonding/Welding of Thermoplastic Composites,” oleh Ali Yousefpour, National Research Council Canada (Ottawa, ON, Kanada), “Proses fusion-bonding melibatkan pemanasan dan pelelehkan polimer pada permukaan bonding komponen dan kemudian menekan permukaan ini bersama-sama untuk solidifikasi dan konsolidasi polimer.” Hasilnya sangat berbeda dari penggabungan termoset.

“Anda menciptakan struktur terintegrasi, seperti rib yang di las ke kulit,” menjelaskan Arnt Offringa, kepala Aerostructures R&T untuk GKN Fokker (Hoogeveen, Belanda). “Saat dilihat di bawah mikroskop, Anda hanya melihat polimer homogen, jadi ini berbeda dari bonding. Tidak ada garis pemisah, tidak ada pecahan, tidak ada material gabungan yang dapat diidentifikasi seperti lem. Hanya ada satu material, itulah sebabnya Anda menggunakan polimer yang sama di kedua sisi las. Oleh karena itu, otoritas akan menerima sambungan ini tanpa pemasang mekanis.” (Offringa menggunakan kata “gabungan” di sini karena hasil dari proses las bukanlah sambungan, tetapi satu bagian padat.)

Faktanya, struktur TPC terelasi telah terbang selama beberapa dekade. Dan meskipun las resistensi dan las induksi adalah dua metode yang paling berakar, yang lain, termasuk las ultrasonik, las laser dan las konduksi, sedang dikembangkan untuk digunakan dengan komposit. Pengembangan metode ini berlanjut seiring para pendukung las mencari keandalan yang diperlukan dalam simulasi proses prediktif software, kontrol inline yang lebih besar atas variabel proses las, dan perluasan proses las ke produksi struktur primer pesawat.

Las resistensi

Bersama dengan KVE Composites Group (The Hague, Belanda), GKN Fokker adalah pemimpin yang diakui dalam pengembangan las TPC (lihat CW’s tour of Fokker Aerostructures). “Kami memulai dengan las resistensi pada awal tahun 1990,” kata Offringa. “Keanggunan metode ini adalah panas dihasilkan tepat di antarmuka las.” Arus listrik, yang melewati elemen resistensi di antarmuka las, menciptakan panas dan melelehkan polimer termoplastik (Fig. 1). Namun, elemen resistensi ini — logam atau serat karbon (CF) — tetap ada dalam bagian yang selesai. “Kami mengembangkan metode menggunakan jaring logam dilapisi PPS sebagai elemen resistensi, dan kemudian menyertifikasikan dan membuka penerbangan pintu landing gear utama CF/PPS yang di las resistensi pada pesawat turboprop Fokker 50 pada 1998,” kata Offringa. “Ini kemudian mengarah pada percakapan dengan Airbus UK (Broughton, Chester, UK) dan pengembangan tepi depan tetap kaca/PPS untuk pesawat A340/A350 dan kemudian A380 widebody.” GKN Fokker telah melanjutkan penelitian las resistensinya, terutama difokuskan pada plastik reinforced serat karbon (CFRP).

Teknologi telah berkembang. Premium AEROTEC (Augsburg, Jepang) menunjukkan demonstrator bulkhead tekanan belakang Airbus (Toulouse Prancis) A320 pada Pameran Udara ILA Berlin 2018. Bulkhead terdiri dari delapan segmen kain CF/PPS yang diform press yang dirakit melalui las resistensi. “Kami telah menggunakan las resistensi untuk beberapa waktu,” kata Dr. Michael Kupke, kepala Center for Lightweight Production Technology (ZLP) untuk German Aerospace Center (DLR) di Augsburg. “Untuk demonstrator Premium AEROTEC, kami memperpanjang panjang garis las hingga 1,5m.”

ZLP memilih elemen resistensi yang terbuat dari serat karbon dibandingkan jaring baja stainless legacy. “Untuk pengelasan induksi, sulit untuk mendapatkan suhu dan energi di tempat yang Anda inginkan dan tidak di tempat lain dalam bagian,” tegas Kupke. “Untuk las resistensi, ini secara inherent sudah teratasi, tetapi kelemahan, sampai saat ini, adalah resistor tetap ada dalam bagian.” Penggunaan resistor serat karbon mengatasi kelemahan ini.

Metode dasar, namun, tetap sama. “Anda menerapkan tegangan dan memberikan tekanan pada kedua bagian untuk mendapatkan konsolidasi yang baik,” tambahnya. “Untuk bagian kecil, end effector robotik memberikan tekanan, tetapi untuk bagian besar Anda akan membutuhkan jig untuk memberikan tekanan clamping.” Jig untuk bulkhead tekanan belakang A320 adalah jembatan las logam lengkung “welding bridge” yang dibangun oleh Premium AEROTEC (Fig. 2). Ia berputar untuk memosisikan di atas masing-masing dari delapan garis las dan memberikan tekanan yang diperlukan melalui 10 silinder pneumatik di dalamnya.

Selain PPS, tim DLR ZLP Kupke telah memvalidasi bahwa proses ini juga bekerja untuk kain CF/PEEK. “Jika Anda dapat menggunakan PEEK, Anda dapat menyesuaikan dengan PEKK, PAEK dan PEI,” tambahnya. “Kami seharusnya dapat me-las tape unidireksional (UD) juga,” ia juga mencatat (tantangan terkait pengelasan tape UD dijelaskan di bawah). Kupke mengatakan tidak ada batasan pada ketebalan bagian yang di las, “bisa 3 mm atau 30 mm, tetapi perhatian harus diberikan pada manajemen termal di garis las.”

Ia mengatakan langkah berikutnya akan mengembangkan serangkaian elemen resistensi CF yang dioptimalkan. “Kami hanya menggunakan material off-the-shelf untuk saat ini.” Kupke menegaskan ini hanya demonstrator, bukan proses industri. “Untuk mengindustrialisasi, kami akan melakukannya sedikit berbeda. Proses las untuk setiap gabungan di bulkhead A320 memakan waktu 4 menit, namun, hanya 90 detik arus las yang diterapkan. Sisa waktu adalah untuk pemanasan dan pendinginan PPS termoplastik di garis las. Dengan industrialisasi, kami yakin waktu total akan lebih cepat dan las akan tetap hanya 60-90 detik per gabungan 1,5m.”

Pengelasan induksi

KVE mulai bekerja dengan pengelasan induksi pada awal tahun 2000. Teknik dasar melibatkan gerakan coil induksi sepanjang garis las. Coil menginduksi arus eddy dalam laminat CFRP yang secara inherent konduktif, yang menghasilkan panas dan melelehkan termoplastik. “Kami memulai dengan coupon shear tunggal, mengikuti pendekatan building block, dan berkembang ke L-joints, T-joints, kemudian struktur dasar dan akhirnya elevasi dan rudder,” ingat Harm van Engelen, manajer KVE.

Perusahaan mengembangkan simulasi komputer secara paralel. “Simulasi membantu Anda untuk memprediksi suhu di permukaan luar dan di garis las,” menjelaskan. “Anda perlu mengonsentrasi panas di garis las, tetapi tidak memanaskan berlebihan bagian yang berdekatan. Permukaan atas memanaskan lebih cepat daripada antarmuka, jadi Anda harus membuang panas tersebut.” KVE mematent tidak hanya teknologi manajemen panas dan material alat yang dihasilkan, tetapi juga pendekatan berbasis alat untuk mempertahankan tekanan selama las, dan kontrol robotik dari coil induksi dan lashead, yang dikembangkan olehnya pada 2005.

“Ini menyediakan alternatif untuk las resistensi untuk CFRP yang tidak memerlukan susceptor atau strip las,” kata Offringa GKN Fokker. “Kami mendapatkan lisensi teknologi KVE dan mengimplementasikannya pada elevasi dan rudder Gulfstream G650, yang telah terbang sejak 2008.” KVE adalah mitra kunci dalam pengembangan dan industrialisasi proses pengelasan induksi robotik. Teknik generasi kedua yang disempurnakan digunakan untuk elevasi dan rudder pada Dassault Falcon 5X. Van Engelen mencatat bahwa pengelasan untuk G650 diotomatisasi tetapi diselesaikan dalam beberapa langkah. “Untuk Dassault, itu dilakukan dalam satu kali,” tambahnya. “Semua bagian ditempatkan di alat dan kemudian dua elevasi dan satu rudder di las dalam satu shift semalam.”

Pada 2008, KVE telah memulai pengujian single-lap shear (SLS) dari tape UD CF/PEKK dan sedang memproduksi demonstrator untuk program Thermoplastic Affordable Primary Aircraft Structure (TAPAS). Pada 2010, ia telah menyelesaikan simulasi 3D dari laminat UD CF yang di las induksi dengan perlindungan petir (LSP) dan telah bekerja dengan laminat tebal (≤5 mm untuk UD PEEK dan PEKK, ≤15 mm untuk kain serat karbon/PPS). KVE juga telah merancang dan membangun rudder TPC untuk Phantom Eye UAV The Boeing Co. (Chicago, IL, AS), yang Boeing mulai memproduksi pada 2011. Pada 2014, perusahaan telah memproduksi demonstrator UD CF/PEKK yang di las induksi dan kini bekerja dengan beberapa OEM dan supplier Tier 1 untuk membantu menyertifikasikan teknologi ini untuk struktur pesawat lainnya.

Berpindah dari kain ke tape UD

Pengelasan induksi cocok untuk kain serat karbon, kata Offringa, “tetapi dengan tape UD, ada seperangkat tantangan baru untuk mencapai kecepatan produksi.”

Seperti yang dijelaskan oleh Dr. Michel van Tooren, direktur SmartState Center for Multifunctional Materials and Structures, bagian dari McNair Center di University of South Carolina (Columbia, SC, AS), “Untuk induksi dalam laminat CFRP, Anda perlu serat pada dua sudut yang berbeda — Preferably sudut sejauh mungkin — untuk arus eddy dapat dihasilkan.” Orientasi serat 0° dan 90° yang tegak lurus dalam kain tenunan adalah ideal, memungkinkan arus eddy dihasilkan di setiap lapis laminat. Namun, dengan tumpukan laminat UD, biasanya ada lapis 45° yang disisipkan sehingga perbedaan sudut lebih kecil. “Mekanisme pemanasan arus eddy terpengaruh karena arah ini tidak tegak lurus,” tambah Maarten Labordus, kepala R&D di KVE. “Juga tidak ada crossover serat yang berbeda antara lapisan, mereka hanya berlapis. Jadi, Anda memerlukan lebih banyak daya untuk menginduksi arus dibandingkan laminat kain.”

Namun, menambahkan lebih banyak daya tidak membuat manajemen proses las lebih mudah. Menyelaraskan daya listrik dan suhu di garis las tidak sederhana karena proses pengelasan induksi tidak hanya berubah dengan urutan tumpukan tetapi juga dengan ketebalan laminat dan geometri bagian. “Jadi kita melihat parameter proses dan bagaimana panas dihasilkan dalam material,” kata Sebastiaan Wijskamp, direktur teknis TPRC. “Kami ingin memiliki pedoman dan alat desain untuk memprediksi performa las dari awal. Jika Anda ingin beralih dari kain ke UD, bagaimana Anda dapat melakukan ini dengan cepat tanpa harus melalui proses coba dan kesalahan? Ideally, simulasi berdasarkan properti konduktivitas listrik dan termal serat dan polimer, bahkan untuk tata letak tertentu, dan juga mempertimbangkan geometri bagian, akan memungkinkan Anda merancang proses las per bagian. Kami melakukan penelitian kolaboratif dengan KVE dan Michel van Tooren di McNair Center untuk memahami dasar-dasar untuk pedoman dan alat ini.”

“Kami mengkuantifikasi semua faktor ini — UD vs. kain, urutan tumpukan, area dengan lebih banyak resin dan lebih sedikit resin — dan menetapkan hubungan mereka, lalu kita menambahkan ini kembali ke model las umum,” menjelaskan Labordus (Fig. 3). Area dengan konten resin tinggi bertindak sebagai isolator, menghambat panas, sementara area di mana konten resin lebih rendah (dan konten serat lebih tinggi) memfasilitasi pemanasan. “Pada awalnya, kami 40% terlewat dari prediksi las kami dengan UD, tetapi sekarang kami dalam 10% dan mendekati tingkat akurasi tinggi kami untuk CF kain/PPS,” tambah Labordus.

Van Tooren juga hampir dapat memprediksi performa pengelasan induksi untuk laminat UD. “Pada akhir 2018, kami akan memiliki alat simulasi yang bekerja untuk geometri yang relatif sederhana, membantu mengidentifikasi bentuk coil, daya, kecepatan robot, dan profil pemanasan yang diperlukan untuk aplikasi tertentu.” Kemampuan prediksi ini sedang dikembangkan secara paralel dengan pengujian fisik untuk mendukung penggunaan komponen TPC terelasi dalam struktur primer yang lebih besar untuk pesawat masa depan. Lab Van Tooren adalah mitra penelitian dengan KVE dan salah satu dari empat situs — bersama dengan fasilitas KVE di The Hague, Netherlands Aerospace Centre (NLR, Amsterdam) dan ThermoPlastic composites Research Center (TPRC, Enschede, Belanda) — yang telah memasang setup pengelasan induksi standar yang dikembangkan oleh KVE (Fig. 4) untuk mendukung kualifikasi proses di OEM dan supplier Tier 1 (lihat “New horizons in welding thermoplastic composites”).

Coil induksi khusus

Pendekatan pengelasan induksi alternatif telah digunakan oleh Composite Integrity (Porcelette, Prancis) untuk mengembangkan proses “pengelasan induksi dinamis” yang digunakan untuk menggabungkan stringer tape UD CF/PEKK dan kulit fuselage dalam struktur Arches TP demonstrasi STELIA Aerospace (Toulouse, Prancis), yang diungkapkan pada Pameran Udara Paris 2017 (Fig. 5). Composite Integrity adalah divisi komposit dalam Institut de Soudure (IS Groupe, Villepinte, Prancis). “Kami memanfaatkan lebih dari 100 tahun pengalaman IS Groupe dalam pengelasan logam untuk merancang dan membangun coil induksi kami sendiri yang dioptimalkan untuk setiap material, ketebalan dan bentuk bagian, termasuk coil khusus untuk kain tenunan, kain non-crimp dan UD,” menjelaskan Jérôme Raynal, manajer pengembangan bisnis Composite Integrity. “Masalah besar dengan UD adalah tidak ada node las untuk menghasilkan arus induksi, jadi kami memerlukan coil khusus — dalam hal ini, multi-coil.”

Didirikan sebagai Pôle de Plasturgie de l’Est (PPE) 25 tahun yang lalu, Composite Integrity adalah pemimpin dalam resin transfer molding (RTM) dan struktur pesawat yang diinfusi resin epoksi dengan perusahaan penerbangan Prancis. Digabungkan ke dalam IS Groupe pada 2016, ia telah bekerja sama dengan Aviacomp (Launaguet, Prancis) untuk mengembangkan teknologi las co-konsolidasi yang digunakan dalam pintu akses bahan bakar TPC untuk pesawat Airbus A350. “Komponen resistensi pada permukaan bagian komposit dalam dan luar yang dicetak memasukkan panas ke garis las,” kata Raynal.

Composite Integrity mulai bekerja pada proyek STELIA Arches TP pada 2015, memungkinkan pengelasan induksi bagian fuselage berukuran besar dan lengkung. Proses ini disebut “dinamis” karena robot mem-lasi stringer sepanjang fuselage dan menyesuaikan bentuk 3D, termasuk gerakan di arah z selama las. “Kedua stringer dan kulit dalam demonstrator STELIA memiliki perubahan ketebalan,” menjelaskan Raynal. Rel aluminium berfungsi sebagai jig penahan untuk mencegah gerakan stringer pada kulit saat di las. Untuk demonstrator, tekanan diberikan melalui dua roller di head las. Ini berada di atas coil. Selama las, roller berjalan di sepanjang stringer, di samping rel penahan sementara coil melintasi garis las.

“Kami kini telah mengembangkan head las baru yang sedang dalam proses paten, yang menggunakan satu roller dan meningkatkan properti mekanis garis las,” catat Raynal. “Kami juga memiliki alat pendingin yang meniup udara ke permukaan las dengan tekanan untuk memastikan kita di bawah suhu kristalisasi, jadi tidak ada risiko de-kompaksi setelah tekanan dilepaskan.”

Penyediaan pendingin juga mempengaruhi kristalin matriks termoplastik di garis las. “Kami menguji untuk mengukur bahwa kristalin memenuhi standar penerbangan dan kemudian menetapkan parameter yang sesuai untuk proses las,” menjelaskan Raynal. Kecepatan juga merupakan faktor. “Untuk demonstrator, kecepatan adalah 2 m/min, tetapi target kami sekarang adalah 5 m/min,” katanya. “Mengelola pendinginan dan kristalin PEEK dan PEKK lebih rumit, yang mempengaruhi kecepatan las global, tetapi kami memiliki hasil yang baik dengan keduanya, menggunakan organosheet konvensional yang disertifikasi Airbus. Ketebalan maksimum bagian yang telah di las sejauh ini adalah 5 mm. “Kami telah mendemonstrasikan ini, yang sekitar ketebalan yang Anda miliki di komponen struktural,” mengamati Raynal. “Untuk STELIA, kami menggunakan serat karbon sebagai konduktor tanpa logam di antarmuka, tetapi sekarang kami mengembangkan teknologi untuk me-las serat apa pun — serat kaca, misalnya — tanpa jaring logam juga. Kami belum menambahkan material di antarmuka namun masih dapat me-las UD ke kain tenunan dan UD ke UD, tanpa masalah,” katanya.

Pengelasan ultrasonik

Teknik ketiga yang paling umum, pengelasan ultrasonik adalah teknologi lain yang telah mendapatkan pengalaman signifikan oleh GKN Fokker. Proses ini menggunakan sonotrode untuk menghasilkan getaran frekuensi tinggi (20-40 kHz) yang menyebabkan gesekan dan pelelehkan pada permukaan las.

“Ini baik untuk las titik,” kata Offringa, dengan mencatat bahwa untuk pesawat Gulfstream, “Kami telah menggunakan pengelasan ultrasonik untuk menggabungkan lebih dari 50.000 bagian TPC cetak injeksi ke panel lantai. Ini sangat cepat dan sangat diotomatisasi, tetapi ini adalah las titik, pada satu lokasi saja.” Masih, ia melihat potensi untuk metode ini dalam produksi fuselage terintegrasi, seperti yang diusulkan dalam program Clean Sky 2 Multifunctional Fuselage Demonstrator (lihat “New horizons in welding thermoplastic composites”). “Braket fuselage seringkali ditempelkan, dipasang baut atau dibelenggu ke struktur fuselage komposit termoset saat ini,” mengamati Offringa. “Dengan pengelasan ultrasonik, Anda dapat mencapai koneksi yang sangat baik dengan braket, yang seringkali adalah termoplastik tanpa penguat.”

Pengelasan ultrasonik telah digunakan dengan plastik selama beberapa dekade, biasanya dengan energy directors di antarmuka las. Duri segitiga atau persegi panjang dari resin murni, yang dicetak ke dalam permukaan yang akan di las, meningkatkan generasi panas lokal. Namun, Irene Fernandez Villegas di Delft University of Technology (TU Delft, Delft, Belanda) telah menunjukkan bahwa film termoplastik tanpa penguat tebal 0,08 mm dapat digunakan sebagai penggantinya. “Ia sedang bekerja untuk mengembangkan pengelasan ultrasonik berkelanjutan,” kata Offringa, dan pekerjaan ini masih berlanjut dalam Clean Sky 2.

Dalam paper 2016nya, berjudul “Smart ultrasonic welding of thermoplastic composites,” Villegas menyatakan bahwa mungkin untuk menskalakan proses pengelasan ultrasonik melalui las berurutan — yaitu, membiarkan garis las titik yang berdekatan terus-menerus melayani tujuan yang sama dengan benang las kontinu. Las spot berurutan skala laboratorium digunakan di panel badan TPC demonstrator Clean Sky EcoDesign, menggunakan energy directors datar untuk me-las scharnir CF/PEEK dan klip CF/PEKK ke C-frame CF/PEEK (Fig. 6). Perbandingan eksperimental dengan sambungan pemasang mekanis dalam tes shear double-lap dan tarik lepas menunjukkan janji. Proses ini dijelajahi lebih lanjut dalam paper 2018 oleh anggota tim TU Delft Villegas, Tian Zhao.

Kupke melaporkan bahwa DLR ZLP juga sedang bekerja pada pengelasan ultrasonik kontinu berbasis robot. “Las spot adalah state of the art saat ini, tetapi kami benar-benar kontinu,” katanya. “Kami mengoptimalkan proses di bangku uji panjang sekitar 1m, melakukan studi parametrik dengan berbagai material dan konfigurasi. Meski mesin las dan kontrol digital dirancang untuk manipulator robot, kami masih menjelajahi cara menyempurnakan head dan kecepatan serta energi apa yang paling baik untuk setiap material dan ketebalan laminat. Tujuan kami adalah untuk menunjukkan Anda dapat melakukan las yang sangat panjang, seperti sambungan fuselage.”

Las laser

Meski las transmisi laser telah dibahas dalam ulasan Yousefpour 2004 tentang teknologi las TPC, ia telah dipercepat secara signifikan oleh Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH, Hannover, Jerman). Dalam proses ini, cahaya laser pertama kali melewati bagian yang transparan atau sebagian transparan dalam rentang spektral inframerah dekat (misalnya, termoplastik tanpa penguat atau komposit TPC serat kaca). Cahaya kemudian diserap oleh serat karbon atau aditif konduktif di bagian bersebelahan kedua, mengubah energi laser menjadi panas, yang menciptakan las antara dua material.

Offringa di GKN Fokker menegaskan bahwa banyak braket pesawat cetak injeksi adalah transparan laser. Ia melihat potensi besar untuk menggunakan las laser untuk mencapai assembly braket ini ke struktur fuselage CFRP tanpa lubang, debu atau pemasang. Meski tipe penguat dan ketebalan laminat mempengaruhi las, LZH telah menunjukkan hasil yang baik dengan laminat PPS dan polyetherimide (PEI) reinforced serat kaca dan serat karbon dalam proyek Laser Transmission Welding of Thermoplastic Composite Structures (LaWoCS, 2010-2013), yang juga mencakup KVE, TenCate Advanced Composites (Nijverdal, Belanda), Unitech Aerospace (Yeovil, UK) dan Element Materials Technology (Hitchin, UK). LZH telah mematent teknologi ini dan menjadi finalis JEC World Innovation Award 2018 dalam kategori aplikasi penerbangan untuk “Modular Thermoplastic Stiffening Panels” di mana grid stiffening CFRTP yang diform stempel di-las laser ke kulit komposit. Mitra proyek termasuk perusahaan Jerman Fraunhofer ICT (Pfinztal), Airbus Operations (Hamburg), ElringKlinger (Dettingen an der Erms) dan KMS Automation (Schramberg), serta TenCate.

Las konduksi

Setelah mengindustrialisasi pengelasan induksi, GKN Fokker mengembangkan las konduksi (Fig. 7). “Ini adalah teknologi baru,” kata Offringa. “Sejenak besi panas digunakan untuk menghantar panas melalui setidaknya satu bagian yang akan digabungkan. Seperti las resistensi, waktu proses tidak bergantung pada panjang las — jadi apakah gabungan setengah meter atau 10m, waktu proses sama untuk keduanya.” Ini karena kedua teknik menggunakan listrik untuk menyuplai panas sepanjang panjang dalam beberapa detik. Panel fuselage orthogrid TPC yang ditampilkan di JEC 2014 menggunakan las konduksi. “Kerangka di las dalam langkah kedua menggunakan robot dengan end effector las,” kata Offringa. “Panel fuselage lengkung dan kerangka cukup pendek. Namun, metode ini bisa bekerja dengan baik untuk me-las stringer panjang 6-10m ke kulit fuselage.”

Kontrol proses inline dan lebih lanjut

Langkah kunci dalam mematangkan las TPC untuk struktur fuselage adalah kemampuan untuk memantau dan mengelola proses secara in situ. “Saat ini, proses pengelasan induksi kami sudah dikonfigurasi,” kata van Engelen di KVE. “Kami menggunakan termokopel di garis las untuk mengkalibrasi proses. Namun, kami lebih suka mengukur suhu di las dan memberi umpan balik untuk mengelola daya ke coil.”

“Proses las kami dikontrol secara digital dan semua data proses disimpan,” kata Offringa di GKN Fokker, “tetapi kami bergerak menuju kontrol proses inline, berdasarkan pengukuran suhu real-time.” Ia percaya ini mungkin untuk pengelasan induksi dan resistensi dalam beberapa tahun, sementara pengelasan ultrasonik sudah cukup dekat. Villegas di TU Delft menyatakan bahwa pemantauan proses in situ untuk pengelasan ultrasonik berurutan mungkin berdasarkan kurva daya dan perpindahan yang disediakan oleh mesin las, yang memungkinkan untuk dengan cepat menentukan parameter proses optimal.

Selain kontrol proses, KVE juga bekerja pada inspeksi inline. “Jika las menunjukkan masalah, kita hanya kembali dan me-las ulang,” kata van Engelen.

“Ini sebabnya komposit termoplastik sangat baik,” catat Raynal di Composite Integrity. “Me-las ulang tidak akan merusak mereka. Kami memiliki teknologi spesifik untuk me-las dan me-las lepas dengan las resistensi untuk me-rakit dengan menyuntikkan arus.” Perusahaan bekerjasamaannya juga mengembangkan inspeksi inline. “Kami akan memiliki sel termografi tepat setelah head pengelasan induksi dan memeriksa las menggunakan termografi langsung,” kata Raynal. Van Tooren juga mengejar pemantauan proses in situ dan inspeksi, tetapi menggunakan sensor serat optik, termasuk sistem ODiSI dari Luna (Roanoke, VA, AS), yang menyediakan lebih dari 1.000 titik sensor per meter.

TPRC dan van Tooren masing-masing memiliki proyek berkelanjutan untuk mengembangkan kontrol proses inline untuk pengelasan induksi struktur lengkungan besar dan ketebalan bervariasi, termasuk penumpukan lapis dan penurunan dalam stringer. Van Tooren juga mengembangkan pengelasan induksi di bawah vacuum bag. “Ini menjadi seperti tooling lunak untuk kompresi dua permukaan yang di las,” katanya, dan saat ini bertujuan untuk aplikasi perbaikan potensial (lihat “New horizons in welding thermoplastic composites”). Daftar pengembangan masa depan KVE van Engelen juga mencakup perbaikan TPC, pengelasan induksi TPC serat kaca, aplikasi non-penerbangan dan flux concentrators. “Kami mengembangkan material refleksif untuk memusatkan medan elektromagnetik di garis las,” menjelaskan. “Anda ingin meletakkan energi di sini bukan di permukaan luar bagian. Dengan flux concentrators ini, Anda mengarahkan energi, mirip dengan cara Anda mengarahkan serat di tempat yang diinginkan, menggunakan penempatan otomatis.”

“Kami masih mengembangkan semua teknologi las,” meringkas Offringa, “dan menjelajahi yang baru. Yang terpenting, kami tidak berpikir ada satu teknologi dengan janji terbesar, tetapi masing-masing memiliki tempatnya.”

Wijskamp mencatat bahwa dengan panggilan proposal Clean Sky 2 terbaru, sudah jelas bahwa Airbus ingin menggunakan TPC terelasi dalam struktur badan pesawat besar. “Tapi kami telah melihat ini sudah di 19 mitra yang bergabung sejak 2009,” tambahnya.

Van Tooren percaya bahwa komponen besar terelasi tanpa pemasang, jika tidak fuselage lengkap, sudah dalam jangkauan. “Preferably, pada Boeing New Midsize Airplane, tetapi tentu saja pesawat selanjutnya.”