Norbert Steinkemper
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Une production efficace de la bobine à la lisse

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Broetje-Automation et Spirit AeroSystems, Inc. achèvent le projet de technologie du composite continu Preforming

Depuis plusieurs années, Broetje-Automation collabore avec Spirit AeroSystems afin d'automatiser davantage le site preforming de grandes pièces structurelles en composite pour les avions dans le cadre d'un processus stable et continu. La haute qualité reproductible de profils longs et complexes, tels que les longerons des futurs avions, peut être obtenue très rapidement et de manière rentable. Des taux de stratification de 100 kg/h ne sont qu'un début.

Le site preforming des grandes pièces structurelles en plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP/composites) dans la construction aéronautique est encore souvent un processus manuel : au mieux semi-automatisé, ce qui prend beaucoup de temps et entraîne des coûts élevés. Dans certains cas, les différentes couches sont préparées sur des tables de découpe, dégagées sur des tables séparées, puis superposées dans des formes négatives et fixées thermiquement pour stabiliser la préforme avant sa consommation. L'équipement et les zones de stockage pour ces processus prennent beaucoup de place dans les ateliers, consomment beaucoup de main-d'œuvre et permettent généralement d'atteindre des taux de production bien inférieurs à ceux des solutions automatisées intégrées.

Plusieurs étapes du processus dans une seule machine - intégrée et automatisée

Réduire les efforts manuels et l'encombrement des ateliers, tout en augmentant considérablement le rendement, tel était l'objectif d'un projet commun entre Broetje-Automation GmbH, un grand spécialiste des systèmes automatisés et de l'assemblage pour les applications aérospatiales basé à Rastede, dans le nord de l'Allemagne, et Spirit, un leader mondial dans le domaine des aérostructures. Ce projet pluriannuel est désormais achevé au Centre d'innovation aérospatiale (AIC) de Spirit à Prestwick, en Écosse.

Le système composite continu Preforming qui en résulte intègre toutes les étapes de travail dans un processus continu et entièrement automatisé : du déroulement et du dépôt du matériau à la découpe longitudinale, transversale et de contour des différentes couches, en passant par la fixation, le formage, l'ébarbage et le cintrage longitudinal en diverses pièces de renforcement (jeux de longerons) pour les ailes d'avion. Ce processus de production exigeant nécessite une coordination et un contrôle précis des matériaux, des outils et des processus, et donc une technologie d'automatisation puissante. Pour cette tâche d'automatisation extrêmement complexe, Broetje-Automation a travaillé en étroite collaboration avec son partenaire de longue date, SIEMENS, et a bénéficié de l'expertise du géant allemand de l'automatisation sur le site handling pour son vaste portefeuille de matériel et de logiciels. Outre les performances et l'évolutivité, la forte acceptation de SIEMENS dans l'industrie aérospatiale mondiale ainsi que ses temps de réponse rapides sont des avantages supplémentaires de cette collaboration avec Spirit.

Le Continuous Composite Preforming System (CCPS) développé par Broetje-Automation intègre toutes les étapes de travail nécessaires pour une production continue et donc très efficace de preforming sur une longueur de 44 mètres.

Efficacité et précision du rouleau à la pièce structurelle composite

Le système est alimenté en matériau composite sec à partir de plusieurs bobines via des "unités de dépôt" spécialement conçues pour déposer, découper et transporter les couches. Un entraînement principal et un entraînement auxiliaire en fin de ligne tirent/poussent toujours au moins une couche de base et une couche supérieure à travers le processus. Entre les deux, les couches sont empilées, chacune ayant sa propre longueur, sa propre largeur et son propre contour. Pour ce faire, le CCPS est équipé de divers mécanismes de coupe, dont certains sont mobiles. Pour garantir une vitesse de transport uniforme de toutes les couches, les entraînements des unités de chute sont synchronisés électroniquement avec l'entraînement principal et peuvent donc être contrôlés sur toute la longueur.

L'accumulation des couches s'effectue en plusieurs étapes successives à l'aide de différentes techniques de formage, y compris des processus de chauffage et de refroidissement. En fonction du contour souhaité de la pièce, des charges sont également introduites, les bords sont rognés et l'ensemble de la pièce est déformé à proximité du contour final pour obtenir la géométrie souhaitée de la pièce dans un processus continu.

Alimenté par de multiples bobines de matériaux, le système produit des pièces structurelles composites complexes telles que des longerons comportant plus d'une douzaine de couches façonnées individuellement dans le cadre d'un processus continu.

Automatisation de bout en bout à partir d'une source unique

Tous les composants et la technologie en instance de brevet de Spirit, y compris plus de 100 servomoteurs, doivent être contrôlés avec précision et sans interruption. Les étapes individuelles complexes sont coordonnées par deux unités centrales dans une version à sécurité intégrée fournie par Siemens. La ligne est commandée et visualisée via un écran plat industriel Simatic et Simatic WinCC Advanced. L'intégration du système de contrôle du chauffage a permis une régulation précise de la température qui ménage les matériaux sensibles.

Convertisseurs de fréquence en série

Champ d'application extensible - Sortie capable d'augmenter

Le système composite continu Preforming est nettement plus productif que n'importe quel processus manuel ou semi-automatique preforming , bien que l'optimisation de l'ensemble du système n'en soit qu'à ses débuts. Ce développement a démontré la capacité d'atteindre des vitesses beaucoup plus élevées lors des prochaines étapes évolutives vers des applications dans les futurs programmes d'aéronefs. Broetje-Automation et Spirit ont réalisé une percée révolutionnaire en intégrant une usine entière dans un système automatisé avec une fraction de l'espace au sol et de la consommation d'énergie. Cela contribue également à un système de production plus durable pour les futures générations d'avions.

Détail "Drop Unit" (unité de chute)