Opis projektu
Nowe modele wspomagają projektowanie trwałych kompozytów drukowanych
Wytwarzanie addytywne i zautomatyzowane procesy układania włókien dały początek produkcji materiałów zbrojonych włóknami nowej klasy – kompozytów włóknistych wytwarzanych pod zmiennym kątem (ang. variable angle tow composites, VAT). Układanie włókien zgodnie z technologią VAT powoduje, że kierunek włókien zmienia się w zależności od pozycji na całej płaszczyźnie warstwy. W efekcie uzyskuje się zmienną sztywność materiału, co z kolei umożliwia tworzenie kompozytów dostosowanych do konkretnych potrzeb pod kątem właściwości takich jak sztywność czy nośność na wyboczenie. Jednak dla zachowania integralności włókna konieczne jest zachowanie w trakcie procesu drukowania odpowiednich parametrów, takich jak temperatura, prędkość, promień krzywizny i nacisk. Aby zapewnić, że tak się stanie, uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu PRE-ECO opracują nowe modele opisujące kompozyty VAT, od matrycy włókna po skalę komponentów. Stworzą oni również nowe modele uczenia maszynowego do identyfikacji wad. Nowe metody opracowane w ramach projektu PRE-ECO pomogą znacznie ograniczyć powstawanie wad konstrukcyjnych kompozytów w trakcie procesu drukowania.
Cel
Additive manufacturing and Automated Fibre Placement (AFP) processes brought to the emergence of a new class of fibre-reinforced materials; namely, the Variable Angle Tow (VAT) composites. AFP machines allow the fibres to be relaxed along curvilinear paths within the lamina, thus implying a point-wise variation of the material properties. In theory, the designer can conceive VAT structures with unexplored capabilities and tailor materials with optimized stiffness-to-weight ratios. In practise, steering brittle fibres, generally made of glass or carbon, is not trivial. Printing must be performed at the right combination of temperature, velocity, curvature radii and pressure to preserve the integrity of fibres. The lack of information on how the effect of these parameters propagates through the scales, from fibres to the final structure, represents the missing piece in the puzzle of VAT composites, which today are either costly or difficult to design because affected by unpredictable failure mechanisms and unwanted defects (gaps, overlaps, and fibre kinking).
This proposal is for an exploratory study into a radical new approach to the problem of design, manufacturing and analysis of tow-steered printed composite materials. The program will act as a pre-echo, a precursor, to: 1) implement global/local models for the simulation and analysis of VATs with unprecedented accuracy from fibre-matrix to component scales; 2) develop a (hybrid) metamodeling platform based on machine learning for defect sensitivity and optimization; and 3) set new rules and best-practices to design for manufacturing. A 5-year, highly inter-disciplinary programme is planned, encompassing structural mechanics, numerical calculus, 3D printing and AFP, measurements and testing of advanced composites, data science and artificial intelligence, and constrained optimization problems to finally fill the gap between the design and the digital manufacturing chain of advanced printed materials.
Dziedzina nauki
- natural sciencescomputer and information sciencesdata science
- engineering and technologymaterials engineeringcomposites
- engineering and technologymechanical engineeringmanufacturing engineeringadditive manufacturing
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencemachine learning
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
10129 Torino
Włochy