Dissertação
{en_GB=Assessing Material Costs and Deposition Rates of Automated Composite Lay-up Technologies} {} EVALUATED
{pt=A procura por materiais compósitos de fibra de carbono revelou grande crescimento na última década, principalmente no sector aeroespacial, por apresentarem boa relação resistência-peso. Isto torna-os ideais para uma redução do peso estrutural e do consumo de combustível comparativamente aos metais. As peças aeronáuticas feitas destes materiais são principalmente produzidas por duas tecnologias avançadas de manufatura: Automated Tape Laying (ATL) e Automated Fiber Placement (AFP). Estudos sobre a produtividade de máquinas de fabrico de compósitos e a influência dos seus parâmetros de configuração na produção de peças aeroespaciais são escassos e os modelos de deposição de compósitos publicados são bastante simples, não permitindo o estudo de peças complexas. Esta tese determina custos de materiais, taxas de deposição e desperdício de material das tecnologias ATL e AFP para peças aeroespaciais planas de material compósito com complexidade arbitrária. Para tal, foi desenvolvido um modelo paramétrico detalhado do processo de deposição automatizado das máquinas de fabrico. Ao permitir uma simulação rápida e precisa do fabrico de peças nos estágios iniciais, o modelo auxilia na tomada de decisão quanto à seleção de tecnologia e configuração dos parâmetros da máquina. O modelo é validado com dados da literatura e dum corpo de prova aeronáutico. Vários estudos são realizados para obter taxas de deposição e desperdício de material para peças aeronáuticas representativas. As máquinas ATL em duas fases fornecem as melhores taxas de deposição embora possuam maiores taxas de material desperdiçado. O offset da primeira fita revelou-se promissor para camadas com múltiplas descontinuidades e formas complexas., en=The demand for carbon fiber composite materials has grown considerably over the last decade, particularly in the aerospace sector, as they present high strength while yielding low weight. This makes them ideal for structural weight and fuel consumption savings compared to metals, which have been the primary aviation materials for almost a century. Carbon fiber composite aeronautical parts are mainly produced through two advanced composite manufacturing technologies: Automated Tape Laying (ATL) and Automated Fiber Placement (AFP). Studies on the productivity of composite manufacturing machines and the influence of their configuration parameters in the production of aerospace parts are scarce, moreover composite lay-up models in the literature are relatively simple, not allowing the study of more complex shapes. This thesis assesses material costs, deposition rates and scrap levels of ATL and AFP technologies for aerospace flat composite parts with arbitrary planar complexity. For that, a detailed parametric model of the manufacturing machines’ automated lay-up process was developed. The model helps decision-making regarding technology selection and machine's parameters configuration by allowing fast and accurate part manufacturing simulation in early development stages. The model is validated with literature results and data from an aeronautical specimen test part. Several studies are conducted to obtain lay-up and scrap rates for aeronautical representative parts and a first tape lay-up offset study is performed to survey technical scrap reduction. ATL two-phase systems provide the best lay-up rates while yielding the highest scrap rates. First tape offset lay-up revealed promising for plies with multiple gaps and complex shapes. }
janeiro 22, 2021, 9:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
António Pedro Dias Alves de Campos
Área Científica de Tecnologia Mecânica e Gestão Industrial (TMGI)
