OTOMcomposite développe un logiciel pour la production de Composites 4.0 utilisant le placement et le bobinage de bandes assistés par laser

OTOMcomposite (Enschede, Pays-Bas) est une startup qui fournit des services d'ingénierie et des logiciels pour la technologie de placement automatisé de fibres (AFP), de placement de bande assisté par laser (LATP) et d'enroulement de bande assisté par laser (LATW). LATP et LATW sont des techniques de fabrication prometteuses pour produire des composants composites thermoplastiques avancés (voir Défis de LATW). Les principaux éléments de ce processus sont illustrés à la Fig. 1. (Pour plus de détails, voir « Positionnement des fibres sèches :dépassement des limites »).

Fig. 1. Les principaux éléments des processus de placement de bande assisté par laser (LATP) et d'enroulement de bande (LATW). Crédit photo : « Variation de la température pendant l'enroulement continu du cercle adjacent assisté par laser de récipients sous pression de type IV » par Amin Zaami, et. al.

Une fabrication en une seule étape entièrement automatisée peut être réalisée dans ces processus lorsque les bandes préimprégnées renforcées de fibres sont consolidées « in-situ ”, ce qui peut réduire les coûts de production et éliminer les étapes de post-consolidation ou de durcissement. Malgré les avantages de ces techniques de fabrication, il est difficile de prévoir et de contrôler le processus, y compris la température du stratifié, la cristallinité de sa matrice thermoplastique, la contrainte résiduelle et la qualité globale. Ceux-ci sont affectés par l'irradiation laser et les réflexions (voir Fig. 2 ci-dessous), la géométrie locale de l'outillage, la consolidation obtenue et les paramètres de processus spécifiques.

OTOMcomposite joue un rôle dans la capacité vitale d'analyser en profondeur la température du processus pendant LATP et LATW, ce qui est essentiel pour les propriétés et les performances de la pièce résultante.

Développement logiciel après projet ambliFibre

Le développement d'un contrôle de processus en ligne basé sur un modèle pour les processus LATW/LATP a commencé à l'Université de Twente dans le cadre du projet ambliFibre financé par l'UE. En étroite collaboration avec le Fraunhofer Institute for Production Technology (IPT, Aix-la-Chapelle, Allemagne), plus de 20 publications scientifiques ont été publiées pendant/après ce projet. En 2017, le Dr Amin Zaami a vu le potentiel de produire un outil commercial pour les processus LATP/LATW et a commencé à développer l'outil OTOM (modèle d'optimisation thermique optique), qui combine la modélisation par éléments finis (FEM) avancée et le lancer de rayons.

Le lancer de rayons est une technique qui trace le chemin de la lumière et simule les effets de ses rencontres avec des objets au cours du processus AFP. Le modèle optique de traçage de rayons fournit des conditions aux limites de flux de chaleur du laser AFP pour l'analyse FE. Lorsqu'il est associé au logiciel de contrôle AFP - qui ne se concentre généralement pas sur la phase de collage/chauffage, mais uniquement sur le positionnement et le contrôle de la vitesse - OTOM permet un chemin plus rapide vers un traitement optimisé de la pièce composite thermoplastique et des performances.

Remplacement des essais et erreurs par la fabrication numérique 4.0

Le logiciel OTOM V.1.20 supprimerait la phase d'essai et d'erreur dans Processus LATP/LATW. Selon la complexité du produit, le débit peut être amélioré de plusieurs centaines de pour cent, en particulier pour le développement de nouveaux produits (NPD). Cela se traduit à son tour par des réductions significatives du temps requis pour la conception, les essais de contrôle et l'optimisation des paramètres de processus.

Fig. 2. Réflexion anisotrope résultant de l'interaction laser avec un ruban préimprégné. Crédit photo : « Caractérisation optique des rubans thermoplastiques renforcés de fibres pour la fabrication de composites au laser » par Amin Zaami, et. al.

Fig. 3 . Différentes géométries d'irradiation laser. Crédit photo :« Modélisation numérique 3D de l'enroulement de bande assisté par laser… » par Amin Zaami, et. al.

Figue . 4 . Courbure du substrat changeant géométriquement. Crédit photo : « Nouveau cadre d'optimisation des processus pour l'enroulement de bandes assisté par laser de récipients sous pression composites : contrôle de la température de liaison instable » par Amin Zaami, et. al.

Le processus LATP/LATW est difficile à décrire, à prévoir et à optimiser en raison de la géométrie complexe, de la courbure variable de l'outil et des propriétés optiques et thermiques anisotropes des rubans composites thermoplastiques renforcés de fibres utilisés. Il existe également des problèmes tels que le traitement instable, les temps d'arrêt de la machine, la fumée provenant de la surchauffe du matériau, la dégradation du matériau, l'écrasement (matrice fondue pressée au-delà des bords de la bande) et la nécessité de réduire le temps de production. Ceux-ci peuvent être résolus par un outil tel qu'OTOM, qui fournit une surveillance en ligne, un contrôle basé sur des modèles et une fabrication numérique Industrie 4.0.

L'objectif à long terme d'OTOM est d'obtenir une production robuste de pièces LATP/LATW en compensant la variabilité du processus de fabrication pour permettre des propriétés et des performances de pièces composites répétitives et prévisibles. OTOM a été validé à l'aide de techniques numériques de pointe et d'études expérimentales. Cet outil est capable d'optimiser chaque paramètre de processus pour un objectif d'optimisation spécifique (par exemple, trouver une puissance laser optimisée, trouver un angle laser optimisé vers la zone chauffée) pour obtenir la meilleure efficacité de processus et la meilleure qualité de produit.

L'interaction du laser AFP avec le stratifié composite, la localisation de la température pour un substrat à changement géométrique et même l'effet de la géométrie de l'outillage peuvent être entièrement simulés et optimisés, le tout en un seul endroit. L'outil de modélisation OTOM basé sur la multiphysique ouvrirait la voie à un processus LATP/LATW numérisé, offrant une qualité de produit final supérieure à un temps et un coût de production réduits au minimum.

OTOMcomposite

Lancé en 2021, OTOMcomposite fournit des services et des solutions logicielles à un nombre croissant d'organisations alors que les affaires rebondissent après la pandémie de COVID-19. OTOMcomposite propose des services d'ingénierie à ses clients à distance ou sur leur site, y compris l'évaluation de la qualité des lignes de production et des produits, des conseils en technologie et des logiciels d'ingénierie sur mesure. Ces services sont offerts aux entreprises et organismes de recherche des secteurs de l'aérospatiale, du pétrole et du gaz, des transports, de l'automobile et des énergies vertes. OTOMcomposite poursuit également la collaboration avec d'autres départements de R&D pour l'application de technologies de pointe liées aux composites, ainsi que la participation à des projets de R&D financés par des fonds publics et privés. Pour plus d'informations, contactez [email protected].