¿Podrían prototipos ‘virtuales’ ser la visión del futuro en la fabricación de materiales compuestos?
El fundador de Facebook, Mark Zuckerberg, predijo recientemente que la próxima década podría ver la realidad virtual se funden con la realidad aumentada para convertirse en un elemento básico de la vida cotidiana. Esto podría ser una señal de que hay un hambre cada vez mayor para el uso de la realidad virtual y simulación de cambiar nuestra forma de trabajar.
La industria de composites de fabricación también ha visto el uso de la tecnología virtual cobrar impulso, sobre todo con el uso de prototipos virtuales.
El Grupo ESI Group , fundado hace más de 40 años, ha estado ayudando a los fabricantes de todas las industrias de todo el mundo en crear productos que antes ni siquiera existían. Los prototipos virtuales permiten a los clientes de ESI reemplazar prototipos físicos con réplicas virtuales, ahorrando tiempo y dinero, mejorar la productividad de todo el proceso y ayudar a las empresas a alcanzar la excelencia de fabricación.
La ingeniería virtual se puede utilizar en cualquier etapa del proceso de desarrollo de un componente de material compuesto. Se permite la evaluación y el ensayo en una etapa mucho más temprana y en una gama de entornos, realistas o imaginarios.
Utilizando el rango de aplicaciones de la industria orientada de ESI, los procesos de fabricación de piezas de material compuesto se pueden simular de forma realista para permitir el ajuste fino. Esto viene a la vida en el Centro Nacional de composites en Bristol con quien ESI ha estado trabajando estrechamente para utilizar dicha tecnología de simulación predictiva de líquido compuesto que moldea (LCM) procesos como Resin Transfer Moulding (RTM). Se ha demostrado ser extremadamente útil para visualizar resina prácticamente que fluye sobre una preforma antes de que alcance la fase de fabricación.
«El proceso de fabricación de materiales compuestos es desarrollado por un proceso iterativo de ensayos educadas», comienza Miroslav Stojkovic, gerente de la capacidad de ingeniería en el NCC. «Lo que esto significa es que usted haga una conjetura con proceso de fabricación de un material, a continuación, intenta fabricarla, pero no se pueden hacer las cosas bien y tienen que aprender de los errores.
«Si usted está haciendo algo de alta calidad, está la cuestión de los costos, así como potencial para la salud y la seguridad y otros aspectos a tener en cuenta. La ventaja de utilizar la simulación es que lleve a cabo el desarrollo virtual en un equipo en lugar de en el taller. Define el proceso de fabricación «.
La calidad de las piezas fabricadas usando RTM se ve afectada en gran medida por el proceso, que se define en términos del esquema de inyección y el ciclo de temperatura de la herramienta, entre otras variables.
«Dado que los costos asociados con utillaje de RTM pueden ser grandes, ahora hay un mayor enfoque en el papel de la simulación dentro de este proceso,» dice Stojkovic. «Aunque se han desarrollado una serie de herramientas de simulación de RTM, en la manufactura en general ha sido lenta en adoptar esta tecnología, debido, en parte, a la falta de una metodología probada y los precedentes industriales.»
ingeniería virtual y simulación también se utiliza en el análisis estructural y de CAD, especialmente para geometrías complejas, para analizar la resistencia de los materiales compuestos y cómo se deforman antes de iniciar cualquier lay-up, de nuevo ahorrando tiempo y dinero.
«Herramientas de diseño es uno de los procesos más críticos en la definición del producto compuesto,» afirma Stojkovic. «El uso de la simulación en RTM, el diseño de herramientas y la estrategia de proceso se pueden mejorar a través del análisis de entrada y ventilación de tipo de barrera y la ubicación, la estrategia de calentamiento de la herramienta y las presiones de inyección.
«Tales parámetros se definen con el fin de controlar el frente de flujo de resina y evitar los puntos secos, optimizar el tiempo de inyección, comprender el flujo de calor de la herramienta y evitar temperaturas exotérmicas excesivas.»
Un trabajo de modelaje
Mientras tanto, ESI PAM-COMPOSITES ha ayudado a predecir y resolver los problemas en la prensa de conformación, y su módulo PAM-FORM se ha utilizado en el examen de la distorsión térmica.
«Fibra Automatizada de Colocación (AFP) es una tecnología de fabricación establecido y, como tal, CAD y programación del robot AFP serían dominios típicos donde la realidad virtual y la simulación se podrían aplicar,» explica Stojkovic.
La investigación se ha llevado a cabo más recientemente para investigar la influencia de la calefacción, la compactación y la formación de defectos, tales como lagunas, vueltas y arrugas.
«Todas estas hebras han llevado al desarrollo de las herramientas de modelado de investigación que en última instancia, debería contribuir a mejorar la comprensión y la definición del proceso.»
Otro problema de por qué la simulación se utiliza en la fabricación de materiales compuestos menos, es habilidades.
«Cada especialista en el proceso de desarrollo requiere elementos de oficios de otro experto; la persona que ejecuta la simulación necesita entender las capacidades y los límites del proceso de fabricación, y el ingeniero de producción necesita conocer los parámetros que influyen y los resultados de la simulación «, señala Stojkovic. «Se trata de un conjunto de habilidades diferentes.»
El trabajo de ESI y el NCC ha demostrado que la simulación no tener un futuro papel que desempeñar, pero Stojkovic añade: «Todavía hay trabajo por hacer, sobre todo en tratar de convencer a la industria y comunicar que hay un valor significativo en el uso de la simulación para el desarrollo de herramientas «.
Leslie Fletcher, gerente de cuentas de ventas para ESI, explica: «La simulación se está convirtiendo en realidad dentro de la industria de los composites de fabricación, ya que su valor y los beneficios son cada vez más ampliamente entendido.
«Miles de libras y personas-horas se pueden perder por ensayo y error de desarrollar nuevos procesos de fabricación. La adopción de la simulación en las etapas de diseño y desarrollo va a reducir las pérdidas al permitir que las técnicas de producción que se constituyan en un mundo informatizado antes de entrar en cualquier lugar cerca de la línea de producción «.
Bien a la primera
La gama de aplicaciones de ESI ofrece soluciones integradas que permiten el análisis y la optimización de cada operación de fabricación individual. Las aplicaciones cubiertas por ESI PAM-compuestos incluyen:
– Una simulación realista y predictivo de preformación o preimpregnado procesos de termoformado
– Líquido Composites Moulding (LCM) los procesos
– Una predicción de tensiones residuales de fabricación inducida y distorsión de la forma
Cuando la empresa brasileña, MVC necesaria para la fabricación de un bus de pantalla de 13 pies en el material compuesto ligero a estrictos requisitos de calidad y robustez, se volvió hacia la solución de PAM-compuestos de ESI para la simulación de procesos de RTM.
Esto permitió MVC para reducir al mínimo el riesgo de defectos de producción y retrasos, para hacerlo bien en el primer intento, y la parte de alta calidad fue traído a la vida en tan sólo cinco semanas.
Mientras tanto, como Mark Zuckerberg considera cómo la realidad virtual podría afectar nuestra vida social en el futuro, ESI y el NCC siguen explorando las oportunidades de simulación aporta a la industria manufacturera.
«La realidad virtual y simulación jugarán un papel crucial en el futuro de la fabricación», concluye Stojkovic. «Este papel es multidimensional e incluye simulación virtual proceso, caracterización virtual, la simulación en la evaluación del desempeño de los efectos de la fabricación, y el análisis del ciclo de vida.
«Todo esto aumentará la calidad y reducir los residuos al tiempo que reduce la barrera de entrada de las tecnologías de alto valor. En un escenario de caso ideal, ello hará posible la fabricación del futuro para ser verdaderamente «cero prototipo ‘».
