Wetenschap
Onderzoekers onthullen een nieuwe digitale tweeling voor nauwkeurige realtime analyse van de productie van composietmaterialen
Onderzoekers van het IMDEA Materials Institute en de Technische Universiteit van Madrid (UPM) hebben een innovatieve digitale tweeling ontwikkeld die realtime analyse van de productie van composietmaterialen mogelijk maakt.
De doorbraak werd gepresenteerd in The International Journal of Advanced Manufacturing Technology in een artikel met de titel Een digitale tweeling voor intelligente productie van structurele composieten via vloeibaar gieten.
De publicatie is het werk van IMDEA Materials-onderzoekers, Prof. Carlos González en Drs. Joaquín Fernández-León en Keayvan Keramati, samen met Dr. Luis Baumela (UPM).
In het artikel presenteren de auteurs een digitale tweeling voor het analyseren van het productieproces van structurele composietmaterialen met behulp van harsoverdrachtgieten (RTM).
"Voor zover ik het begrijp is dit de eerste digitale tweeling die is ontworpen om het productieproces van een composietmateriaal te analyseren", zegt co-auteur prof. González, hoofd van de onderzoeksgroep Structural Composites bij IMDEA Materials.
Een digital twin is een virtueel model of representatie van een object, component of systeem dat kan worden bijgewerkt via realtime gegevens via sensoren, hetzij binnen het object zelf, hetzij opgenomen in het productieproces.
Een vliegtuigonderdeel of turbine kan bijvoorbeeld worden uitgerust met verschillende sensoren die zijn ontworpen om belangrijke functionaliteitsgebieden te bewaken.
De gegevens die door deze sensoren worden verkregen, worden rechtstreeks in het virtuele model opgenomen, dat vervolgens simulaties kan uitvoeren op basis van de ontvangen informatie om potentiële materiaalfouten of prestatieproblemen te identificeren.
Wat de nieuw ontworpen digitale tweeling echter onderscheidt van vergelijkbare toepassingen is de unieke focus op het productieproces van composietmaterialen zelf, in plaats van zich te beperken tot postproductieanalyse van gefabriceerde onderdelen.
Deze proactieve mogelijkheid maakt real-time optimalisaties en vroegtijdige foutdetectie mogelijk, wat een aanzienlijke evolutie markeert op het gebied van door simulatie ondersteunde digitale productie.
"Wat we in deze publicatie hebben gedemonstreerd is een digitale tweeling die de fabrikant gedurende het gehele productieproces een realtime beeld van het materiaal kan geven", legt prof. González uit.
"Hierdoor kan worden gecontroleerd hoe de mal zich vult, wat de porositeit in het materiaal is, of er gaten aanwezig zijn, enz."
RTM vertegenwoordigt een geavanceerde techniek binnen het vloeibare composietgieten (LCM), gekenmerkt door zijn vermogen om op kosteneffectieve wijze hoogwaardige onderdelen van composietmateriaal te produceren met een verminderd holtegehalte.
Door RTM te integreren met digitale dubbele technologieën worden realtime monitoring en dynamische aanpassingen van kritische procesparameters, zoals injectiedruk en uithardingstijd, vergemakkelijkt, waardoor zowel de kwaliteit van het eindproduct als de productie-efficiëntie aanzienlijk worden verbeterd.
"De volgende stap betreft de ontwikkeling van een geavanceerde digitale tweeling waarmee operators niet alleen het productieproces tot in detail kunnen monitoren, maar er ook rechtstreeks in kunnen ingrijpen, door realtime aanpassingen toe te passen op basis van voorspellende modellen", aldus Dr. Fernández-León .
"Dit kan bijvoorbeeld het automatisch aanpassen van de harsinjectiedruk of de matrijstemperatuur omvatten om de vorming van defecten te voorkomen, op basis van de voorspellende analyse van de digitale tweeling, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor sterk geoptimaliseerde intelligente productie."