Melayani dunia komposit di Israel dan AS
Elbit Systems Ltd. (Haifa) adalah kontraktor pertahanan terbesar Israel, dengan omset US$3,3 miliar pada 2017 dan simpanan lebih dari US$7,5 miliar pada 2018. Kegiatannya mencakup sistem dan struktur untuk pesawat militer dan komersial, kendaraan darat, tanah air keamanan dan berbagai sistem intelijen, elektronik, dan siber. Dari 12.500 karyawannya, hampir 3.000 berada di AS, bekerja dengan anak perusahaannya Elbit Systems of America, yang mengelola beberapa lokasi, termasuk di negara bagian Utah dan New Hampshire AS dan di Ft. Layak, TX, AS. Dan Elbit Cyclone telah diperluas ke situs tambahan, yang disebut Siklon Teknologi Aero-Struktur (ATC), dekat Tbilisi, Georgia, bandara internasional, dibangun dalam kemitraan dengan pemerintah Georgia. Pembangunan fasilitas seluas 12.000 m2, dilengkapi dengan dua autoklaf dan mesin CNC serta kemampuan NDI, telah selesai. “Kami sedang bekerja sekarang untuk memenuhi syarat lokasi ini dengan OEM pesawat besar,” kata Jonathan Hulaty, manajer senior Elbit Cyclone untuk pengembangan bisnis dan pemasaran.
Anak perusahaan Elbit Systems Cyclone berbasis di utara Israel, dan berfungsi sebagai pusat desain dan produksi untuk struktur dan rakitan pesawat logam dan komposit. Perusahaan tersebut berdiri di lokasi yang sama, dekat Karmiel, tempat Cyclone didirikan pada tahun 1970, di satu gedung, untuk menyediakan layanan perawatan, perbaikan, dan overhaul (MRO) untuk pesawat dan helikopter Angkatan Udara Israel. Angin spiral yang dihasilkan oleh baling-baling helikopter yang berputar mengilhami nama perusahaan yang asli.
Cyclone telah membangun kemampuan komposit pada 1980-an, dan mulai bekerja untuk pelanggan di luar Israel, membangun pintu logam untuk McDonnell Douglas DC-10 dan MD-11 pesawat berbadan lebar, dan suku cadang untuk F-15 dan F-16 jet militer serta Gulfstream G-200 jet bisnis.
Elbit mengakuisisi Cyclone pada akhir 1990-an, berinvestasi di perusahaan, dan pada 2010, ukurannya meningkat tiga kali lipat. Pada tahun 2017, Cyclone telah memproduksi 11.000 pintu aluminium untuk pesawat komersial 737 The Boeing Co. (Chicago, IL, AS), termasuk pintu masuk belakang, kedua pintu dapur dan pintu kargo belakang dan depan. Kemudian dikontrak langsung dengan Boeing untuk produksi rakitan lantai komposit dan bagian detail untuk 787 Dreamliner , dan dengan Spirit AeroSystems (Wichita, KS, US) untuk bagian komposit di bagian badan pesawat 41 dari pesawat yang sama. Ini juga memasok balok lantai penumpang untuk varian Boeing 787-8. Perusahaan ini sekarang diakui sebagai Pemasok Pilihan Tingkat Emas Boeing, penghargaan pemasok tertinggi Boeing. Topan adalah salah satu dari sedikit yang telah mencapainya dan merupakan yang pertama di luar AS.
Perusahaan juga memasok suku cadang untuk jet bisnis jarak jauh Bombardier (Montreal, QC, Kanada) dan berbagai suku cadang untuk tiga varian F-35 yang berlabuh di AS. Petir II . Tokoh terkenal lainnya dalam daftar panjang pelanggan Cyclone termasuk Lockheed Martin, Sikorsky, GKN Aerospace, Textron, Triumph, Northrop Grumman, dan Bell Helicopter.
Hulaty, CW pembawa acara tur, mengenang, “Pada akhir 1990-an, kami memiliki 400 karyawan. Sekarang, kami lima kali lebih besar dalam penjualan, dengan 500 karyawan. Hal ini dimungkinkan berkat penekanan kami pada proses lean. Sebagian besar dari apa yang kami lakukan adalah membangun untuk dicetak, yang mungkin tidak terdengar bagus, tetapi ini menyumbang sebagian besar industri kami.” Hulaty menambahkan bahwa persyaratan kualitas, pengulangan, dan daya saing, ditambah dengan peralatan dan investasi sistem kualitas yang diperlukan untuk memenuhi produksi, menjadikan ini posisi yang sulit tetapi menarik di pasar:“Menjadi pemasok tingkat komposit kedirgantaraan bukanlah untuk menjadi lemah hati.”
Jauh dari pingsan, Cyclone melihat bisnis kompositnya melonjak melewati pengerjaan logamnya tahun lalu untuk menjadi mayoritas produksinya, dengan pembagian sekitar 60/40. Hulaty memperkirakan pertumbuhan akan berlanjut:“Tahun ini, kami mungkin akan beralih ke 70% komposit.”
Kecakapan suku cadang
CW tur dimulai di ruang konferensi utama situs, di mana Hulaty memberikan pengantar singkat. Produksi Cyclone, jelasnya, terbagi sekitar 50/50 antara militer dan komersial. Bagian komposit komersial termasuk pintu roda pendarat, bagian nacelle, kulit, fairings, permukaan kontrol dan kisi-kisi lantai struktural. Komposit militer termasuk kulit, pintu, tangki eksternal luka filamen, tiang, permukaan kontrol dan sponsor helikopter dan intake mesin.
Cyclone juga merancang sayap luar dan boom ekor untuk kendaraan udara tak berawak (MALE UAV) ketinggian sedang dan tahan lama yang terbang pada ketinggian 3.048-9.144m untuk durasi yang diperpanjang (misalnya, 24-48 jam). Namun, Hulaty mencatat, perusahaan tidak lagi melakukan banyak pekerjaan UAV. “UAV biasanya berukuran kecil, menggunakan layup basah, yang bukan keahlian kami,” jelasnya. Ada UAV yang lebih besar yang dibuat menggunakan prepreg, tetapi Hulaty menunjukkan bahwa ini biasanya diproduksi dalam jumlah yang lebih kecil atau diproduksi sendiri oleh Boeing, General Atomics, dan OEM pertahanan besar lainnya. “Kami lebih memilih produksi serial yang panjang dari suku cadang prepreg vs. program sporadis.”
Kemampuan suku cadang prepreg Cyclone mencakup debulking vakum beberapa layup melalui hot drape forming (HDF) dan autoclave cure. Inspeksi tak rusak (NDI) dan pemesinan CNC dari suku cadang yang diawetkan diselesaikan di lokasi, dan keahlian khusus adalah produksi rakitan logam kompleks dan komposit tingkat tinggi. Cyclone telah menyelesaikan semua manufaktur kedirgantaraan dan sertifikasi kualitas (misalnya, AS9100, Nadcap, ISO9001) dan telah mengembangkan kemampuan dalam gulungan filamen dan pencetakan transfer resin (RTM).
RTM sebenarnya adalah CW pengenalan pertama untuk Cyclone. Pengembangan perusahaan dari alternatif pintu penumpang logam terpadu yang seluruhnya terbuat dari logam pada pesawat komersial ditampilkan di CW 2013 artikel “Memotong biaya aerostruktur komposit terintegrasi.” Teknologi ini menggunakan RTM dan fitting komposit yang dikunci secara geometris untuk mencapai struktur bersertifikasi FAA dengan sedikit pengencang, penghematan berat 30%, dan pengurangan biaya 25-35% vs. desain komposit aluminium dan "aluminium hitam". Pembuatan pintu komposit yang sepenuhnya bebas pengencang dari Cyclone serta perluasan teknologi ke permukaan kontrol pesawat komposit yang lebih ringan dan berbiaya lebih rendah dijelaskan oleh CW dalam pembaruan tahun 2016 berjudul “Permukaan kontrol dan pintu pesawat komposit tanpa pengikat.” Hulaty mengakhiri kata pengantarnya dengan menunjukkan Pintu #1 tanpa pengencang, yang dipajang di ruang konferensi. Bagian ini mengesankan, dengan hasil akhir berkualitas tinggi. Kemudian dia memimpin jalan keluar dari gedung.
Penataan dan pengujian yang disederhanakan
Hulaty memimpin tur menuruni bukit, lalu berbelok ke kiri menuju pintu masuk gedung produksi komposit Cyclone. Beberapa bagian juga dipamerkan di sini:fairing selip ekor Boeing 767, sebuah Beechcraft King Air winglet dan bagian komposit F-35. Melewati pintu masuk, ruang bersih dengan akses terbatas untuk produksi terkait pertahanan tetap ditutup di sebelah kiri. Di sebelah kanan, pekerja di ruang bersih untuk suku cadang Boeing 787 menyiapkan persiapan untuk serangkaian suku cadang, mulai dari klip kecil dan tiang penopang hingga balok J-, I- dan C yang rumit, serta pintu roda pendaratan hidung multi-bagian. Prepreg dipotong menggunakan pemotong kain otomatis Bullmer Assyst (Wakefield, UK) dan mesin guillotine untuk memotong tumpukan tebal di setiap sudut. Freezer prepreg bersebelahan dengan cleanroom. Hulaty mencatat bahwa terkadang tumpukan prepreg dipotong, dimasukkan dan dimasukkan kembali ke dalam freezer. Sistem proyeksi laser Aligned Vision (Chelmsford, MA, US) yang terletak di seluruh ruang bersih membantu layup tangan.
Bagian balok lantai plastik yang diperkuat serat karbon (CFRP) sedang diletakkan di atas mandrel logam pria. Hulaty merinci proses yang disederhanakan, “Kami meletakkan tumpukan prepreg terlebih dahulu dan kemudian menerapkannya ke mandrel. Ini menghemat banyak waktu vs. menerapkan sedikit demi sedikit ke alat. Layup kemudian ditutup, dengan caul CFRP dari desain kami sendiri, yang membantu memastikan pengulangan 100% di bagian-bagiannya.”
Mesin pembuat tirai panas berada di sepanjang dinding belakang ruang bersih, memungkinkan debulking banyak bagian per siklus. “Saya tidak tahu bagaimana Anda melakukan jenis produksi suku cadang prepreg tingkat tinggi ini tanpa pembentukan tirai panas,” kata Hulaty mengacu pada suku cadang seperti balok dan tiang penopang. Namun, dia mengakui langkah ini bukan hambatan, juga bukan autoklaf. “Pemesinan di bagian akhir, setelah perawatan, adalah hambatannya,” ia mempertahankan, menjelaskan bahwa untuk bagian balok lantai yang panjang, lebih cepat untuk meletakkan tumpukan sederhana dan mengerjakannya setelah perawatan. “Autoclave tidak menjadi masalah karena kami dapat menumpuk banyak bagian untuk diawetkan dalam satu waktu,” tambahnya. “Jadi, kami benar-benar mendapatkan tingkat produksi yang baik per siklus penyembuhan.”
Di area besar yang bersebelahan, empat autoklaf berada di sepanjang dinding belakang. “Mendapatkan ukuran yang tepat untuk autoklaf Anda itu rumit,” Hulaty berpendapat, “karena Anda mencoba menyeimbangkan tingkat produksi dan mendapatkan cukup suku cadang per siklus, dengan tidak memiliki volume yang terlalu besar untuk memanaskan dan mendinginkan, yang membutuhkan waktu. .” Autoclave berdiameter 3m Cyclone yang dipasok oleh Thermal Equipment Corp. (TEC, Rancho Dominguez, CA, US) memiliki panjang mulai dari 5m dan 10m hingga yang terpanjang, pada 11m.
Sebuah mezzanine di atas ruang autoclave memiliki departemen pengujian jaminan kualitas. Di sini, penguji Zwick (Ulm, Jerman) memiliki ruang iklim untuk siklus suhu, yang diperlukan untuk menguji bahan yang digunakan pada permukaan kontrol pesawat. “Ini melakukan siklus suhu dan beban, sesuai dengan spesifikasi OEM,” kata Hulaty. “Kami melakukan semua pengujian in-house dan dapat melakukan kualifikasi material karena hampir semua pelanggan kami telah mengunjungi dan memenuhi kualifikasi lab kami.”
Dia menunjukkan mikrograf pengisi radius CFRP (“mie”) yang dibuat oleh Cyclone, digunakan dalam berbagai konstruksi balok prepreg. “Ini adalah masalah yang sangat kompleks ketika Anda membuat bagian di mana flensa balok harus terhubung ke web dan mie digunakan untuk memungkinkan transfer beban dan mencegah rongga,” jelas Hulaty, memimpin tur ke lab uji kedua, di mana disk kecil dipoles dan ditempatkan ke dalam alat uji Tegramin yang dibuat oleh Struers (Ballerup, Denmark). “Ini menguji koherensi proses layup kami,” dia menunjukkan, menekankan, “Kami menguji ini sendiri, bukan untuk memenuhi persyaratan pelanggan, tetapi untuk memastikan bahwa kami melakukannya dengan baik dengan proses kami sendiri, mengikuti kualitas kami sendiri. standar.”
NDI dan pemesinan
Tur selanjutnya mengunjungi fasilitas yang berdekatan, yang menampung jaminan kualitas akhir (QA) dan operasi pemesinan. Area NDI dengan langit-langit tinggi menampung mesin uji ultrasound through-transmission (TTU) besar yang dipasok oleh Matec Instrument Cos. (Northborough, MA, US) di sebelah kiri, lengkap dengan penyemprot air untuk menyambungkan gelombang suara ke permukaan bagian. “Satu sisi perangkat TTU dapat mengirim dan menerima sementara yang lain hanya sebagai penerima,” jelas Hulaty. “Dengan ini, kami dapat memindai bagian sedang hingga besar, seperti fairing perut untuk jet bisnis, dalam setengah shift delapan jam.” Dia mengklaim ini adalah sistem TTU terbesar yang digunakan di Israel untuk NDI, menambahkan:“Kami memindai setiap bagian komposit yang kami buat. Fairing kadang-kadang bisa pergi ke inspeksi berbasis statistik setelah beberapa saat, karena mereka adalah struktur sekunder, dan tidak kritis, tapi kami masih lebih memilih untuk memindai setiap satu. Sejalan dengan preferensi ini, Hulaty mencatat bahwa Topan mempekerjakan dua teknisi pengujian tak rusak (NDT) Level III untuk komposit.
Melanjutkan melalui lab, di sebelah kanan adalah mesin pengujian ultrasonik otomatis (UT) lainnya, yang ini dibuat oleh ScanMaster Systems Ltd. (Rosh-Ha'ayin, Israel). Meskipun bagian komposit terendam dalam tangki air di sini juga, ini bukan untuk sistem C-scan. Sebagai gantinya, tangki melayani UT array bertahap, metode yang sangat cepat yang memberikan akurasi lebih besar daripada pemindaian C, tetapi untuk bentuk yang lebih sederhana.
Saat tur bergerak melewati rak suku cadang dalam berbagai tahap proses QA, Hulaty menunjukkan perkakas yang disimpan di sebelah ruang NDT. “Kami merancang dan membangun sebagian besar alat kami sendiri, baik logam maupun komposit, tetapi beberapa pelanggan lebih memilih untuk memasok sendiri. Kami juga dapat membuat perubahan pada desain perkakas untuk meningkatkan produksi, tentu saja, hanya dengan persetujuan pelanggan.”
Melalui pintu dan lorong pendek, tur memasuki operasi CNC, yang menampung pusat permesinan CNC 5-sumbu kembar yang dipasok oleh Breton (Castello di Godego, Italia), sebuah perusahaan yang awalnya didirikan di industri pemotongan batu. “Komponen mesin Breton dibuat dengan perlindungan terhadap debu batu,” kata manajer teknik CNC Trevor Hutson. “Jadi, mereka bekerja dengan baik dengan CFRP. Kami menemukan bahwa mesin CNC pengerjaan kayu tidak cukup kuat untuk kebutuhan produksi kami.”
Hulaty menunjukkan bahwa suhu bangunan dipertahankan pada 26°C ±1°C. “Setiap mesin akan berhenti jika ada parameter yang tidak sesuai spesifikasi,” jelasnya. Mesin dapat menangani suku cadang dengan panjang hingga 5m dan lebar 2,2m dengan perjalanan 1m ke arah z. Akurasi volumetriknya disebut sebagai 50 mikron (0,002 inci).
Setelah pemesinan selesai, kepala mesin pengukur koordinat (CMM) diaktifkan dan melakukan CMM pada bagian untuk QA akhir. Ini dilaporkan dan disertakan dengan suku cadang melalui sistem kontrol digital alat berat untuk menghemat waktu pemeriksaan. “Kami mengkalibrasi probe CMM, lalu kami melakukan pengukuran bagian,” kata insinyur CNC Karin Hartman, yang, bersama Hutson, berfungsi sebagai ahli permesinan CNC kedua Cyclone. “Ini memberikan hasil waktu nyata, sehingga kami dapat menangani masalah apa pun sebelum kami memigrasikannya ke lebih dari satu bagian,” tambah Hutson. “Ini juga menghemat waktu, memungkinkan pemesinan ulang apa pun segera dilakukan.”
Perakitan dan R&D
Di sini, tur keluar dari gedung NDT/CNC untuk berjalan kembali ke atas bukit melewati gedung yang menampung ruang konferensi ke struktur yang berdekatan, yang mengakomodasi operasi perakitan. Hulaty menunjukkan banyak stasiun perakitan, yang memproduksi balok lantai, balok dek penerbangan, balok web geser dan ruang peralatan elektronik (avionics) untuk 787's Section 41. Ini, bersama dengan nose wheel well door (NWWD), akan dikirim ke Spirit AeroSystems di AS, siap untuk mampir ke lini produksi perusahaan itu untuk 787 Section 41, bagian pesawat depan.
Melihat stasiun perakitan web geser secara lebih rinci, Hulaty menjelaskan bahwa itu mendukung lantai kargo Bagian 41, memberikan dukungan melintang di perut pesawat. Rakitan ini mencakup dua balok memanjang ditambah enam tiang penopang, semuanya dipasang terbalik. Jig berputar sederhana menyatukan bagian-bagian untuk memfasilitasi pengikatan tiang penopang.
"Komposit masuk ke sini sudah dibor," catat Hulaty. "Hanya logam yang dibor di gedung ini." Logam juga dianodisasi dan dicat di bagian belakang bangunan. Instruksi perakitan ditampilkan pada monitor komputer di setiap stasiun, menggunakan sistem siap pakai. "Tapi instruksinya milik kita," katanya. “Kami memodifikasinya untuk berbicara dengan model CATIA untuk setiap bagian, dan kemudian departemen teknik kami membuat instruksi perakitan.” Ia menjelaskan bahwa warna merah menunjukkan perubahan atau kesalahan yang dilakukan di masa lalu. “Ini adalah lingkungan yang hampir tanpa kertas, diaktifkan oleh infrastruktur layar sentuh. Kartu rute mengikuti bagian itu secara elektronik.”
Selanjutnya, Hulaty menunjukkan sistem anti-rudal untuk pesawat komersial, yang disebut C-MUSIC (commercial-multi-spectral infrared counter measure). Ini dikembangkan oleh divisi ISTAR Sistem Elbit, dan Cyclone merancang struktur sistem, termasuk izin yang dihasilkan internal. Meskipun mekanisme sistem dan struktur interiornya terbuat dari logam, fairing/radomenya terbuat dari komposit.
“Semua maskapai Israel harus dilengkapi dengan ini,” katanya. “Ini adalah sistem otonom yang dipasang di perut pesawat melalui kit yang plug-and-play. Dirancang untuk melawan rudal pencari panas yang dapat dibawa-bawa, diluncurkan dari bahu, laser ditembakkan ke rudal yang masuk jika sistem ini diaktifkan.” Pertama kali digunakan pada Boeing 737 pada tahun 2013, Hulaty mengatakan sistem C-MUSIC memiliki ribuan jam operasional pada pesawat komersial dan telah diuji pada Embraer 170 dan 190 serta sebagian besar platform komersial Boeing dan beberapa model Airbus (Toulouse, Prancis).
Di seberang jalan di lab R&D, lorong masuk menampilkan berbagai suku cadang, termasuk beberapa yang terbuat dari titanium cetak 3D. CW mengetahui bahwa yang terakhir dihasilkan dari kegiatan konsorsium Israel yang dipimpin oleh kepala R&D Elbit-Cyclone Lior Zilberman. Tujuan konsorsium adalah untuk memajukan teknologi manufaktur aditif untuk produksi aerostruktur. “Kami juga tertarik dengan potensinya untuk meningkatkan kemampuan perakitan kami,” kata Hulaty. Penggunaan tambahan mungkin termasuk suku cadang untuk program peningkatan helikopter, yang ia catat sebagai operasi kecil yang terkenal (misalnya, lima helikopter), “jadi peralatan bukanlah pilihan yang terjangkau.” Bagian lain dalam etalase R&D termasuk baling-baling laut yang dibuat dengan RTM dan sayap yang dikembangkan dengan pelanggan untuk menggantikan rakitan sarang lebah dua bagian dengan bagian yang sederhana dan terintegrasi.
Mengembangkan struktur komposit yang menyatu menjadi salah satu kekuatan Cyclone. Winglet menggunakan prepreg karbon/epoksi monolitik yang diproses dari autoklaf (OOA) untuk mengurangi berat, biaya, dan waktu tunggu. Keuntungan yang sama dicapai dalam permukaan kontrol yang terintegrasi dan bebas pengencang, dibuat dalam proses RTM sekali pakai. Zilberman juga telah memimpin perusahaan dalam pengembangan struktur multifungsi dengan pemanenan energi tertanam, kemampuan mengubah bentuk dan sistem pemantauan kesehatan struktural/NDI pada sayap putar dan sayap tetap, serta sayap putar komposit dan sayap tetap yang dapat beradaptasi sendiri.
Lab R&D terdiri dari ruang pemotongan, ruang permesinan, dan ruang pengembangan RTM. Yang terakhir berisi pers 360-ton oleh Lauffer Pressen (Horb am Neckar, Jerman) dengan sistem tenaga 700-kW untuk memanaskan cetakan untuk suku cadang hingga 2 kali 2m. Cyclone bekerja sama dengan Polymer G (Halutza, Israel) untuk mengembangkan sistem injeksi resin untuk pintu penumpang dan teknologi permukaan kontrol yang terintegrasi dan bebas pengencang. Ada juga oven besar untuk memanaskan cetakan RTM dan/atau memasang kembali bagian resin epoksi.
Investasi dalam produksi masa depan
Saat tur berakhir, Hulaty mencatat bahwa produksi dan perakitan tingkat tinggi membutuhkan investasi. Melalui tur, kami telah melihat contohnya di lab pengujian Cyclone dan kemampuan NDI, serta pendekatannya terhadap permesinan. Perusahaan juga mengimplementasikan perangkat lunak Total Production Optimization (TPO) Plataine (Waltham, MA, US), yang digunakan untuk mencapai penghematan material dua digit dalam operasi pemotongan prepreg. TPO menggantikan pemotongan berurutan dan pembuatan prepreg sebelumnya dengan sistem digital otomatis yang mengoptimalkan pemotongan sarang di beberapa bagian menggunakan bahan yang sama. Sistem ini juga telah membantu meningkatkan hasil produksi dan mengurangi waktu yang diperlukan untuk pemotongan serta penyiapan mesin.
“Kami dipercaya oleh pelanggan kami untuk mengirimkan suku cadang berkualitas tinggi, tetapi kami juga harus terus mencari cara untuk mengelola biaya dan memungkinkan peningkatan tingkat produksi,” kata Hulaty. Elbit Cyclone terus mencari peluang baru dan melihat masa depan yang cerah, meski penuh tantangan. “Kami memiliki strategi yang tegas, yang terbukti dengan sendirinya, terlihat dari pertumbuhan perusahaan,” kata Hulaty. “Karena itu, strategi kami terus berkembang, beradaptasi dengan perubahan pasar.” Kesan yang melekat adalah keyakinan pragmatis berdasarkan pengetahuan dan pengalaman, sebuah perusahaan yang akan terus memenuhi perannya untuk mengubah janji teknologi canggih menjadi produksi komposit kedirgantaraan yang andal.
