德國聯邦經濟和能源部資助的項目“灌注4.0”展示了光纖傳感器對大型復合材料組件生產過程中的真空輸液過程的有效監控。

 

“碳纖維增強復合材料CFRP增壓器外殼”：采用數字控制真空灌注工藝制造。照片：弗勞恩霍夫Fraunhofer LBF

 

　　弗勞恩霍夫（Fraunhofer）結構耐久性和系統可靠性研究所（LBF）與其項目合作伙伴MT Aerospace AG一起合作，使以前隱藏的工藝步驟可以看見并能通過數字化方式加以控制，從而提高了過程的可靠性。這種新的、高效的制造技術幫助航空航天產品得以可靠和快速地發展。

 

　　德國奧格斯堡（Augsburg）的MT航空公司利用碳纖維增強復合材料（CFRP）增壓器外殼，采用真空灌注工藝制造大型CRFP部件。在真空灌注中，將干包預成型件置于真空袋中，并在烘箱中緩慢旋轉加熱時滲透樹脂。智能傳感器則用來監測注入樹脂的流動前沿和優化工藝。來自Fraunhofer LBF及其工業合作伙伴的科學家們正在將光纖傳感器嵌入到組件中，早是應用在各種三維位置的纏繞過程中。樹脂分布則在這個重要的生產步驟中得以控制。

 

　　每個傳感器光纖包含60多個玻璃纖維傳感器中的其中幾個。流動前沿是樹脂次與干纖維接觸時的邊線。信號從烤箱中的旋轉零件傳輸到外部計算機，以便對過程進行數字監控。組件上傳感器位置的數字顯示了流動前沿到達傳感器的時間。

 

　　Fraunhofer LBF的研究助理Martin Lehmann解釋道：“我們這是次獲得這些厚壁零件制造過程的透明信息。這提高了真空灌注過程的可靠性。”

 

　　新的制造工藝使以前隱藏的過程可見并數字化可控，從而提高了過程的穩定性。通過樹脂流動監測獲得的信息確保了新產品的可重復性和質量，如果生產過程中需要，可以及時干預。通過這種改進的控制方式可以加快產能爬坡過程。這增加了公司的競爭力。
 

 

 

 

 

　　此外，這項新技術使工業4.0制造過程的未來自動化控制成為可能。集成傳感器甚至從產品生命周期的早階段就能提供結構監測（結構健康監測，簡稱SHM）。

 

　　“灌注4.0”項目理念在2017年德國航空航天中心（DLR）舉辦的創智空間大師挑戰賽Innospace Masters Challenge中獲得第三名。它是2018德國航空創新獎（German Aviation Innovation Award）的入圍者。該項目于2019年10月成功完成，證實了達姆施塔特Darmstadt科學家及其奧格斯堡Augsburg同事的方法是可行的。

 

　　“使用光纖傳感器的碳纖維增強塑料（CFRP）增壓器外殼真空灌注過程中的流動前沿 - 灌注4.0”項目由聯邦經濟和能源部資助，并經德國聯邦議院決議批準。