OTOM컴포지트, 복합소재 4.0 위한 레이저 보조 테이프 배치 및 와인딩 고급 소프트웨어 출시

OTOM컴포지트(OTOMcomposite, 네덜란드 엔스헤데)는 자동 섬유 배치(AFP), 레이저 보조 테이프 배치(LATP), 레이저 보조 테이프 와인딩(LATW) 기술을 위한 엔지니어링 서비스와 소프트웨어를 제공하는 스타트업입니다. LATP와 LATW는 첨단 열가소성 복합소재 부품 생산을 위한 유망한 제조 기술입니다(LATW의 과제 참조). 이 공정의 주요 요소는 Fig. 1에 나와 있습니다. (자세한 내용은 "건식 섬유 배치: 한계 극복" 참조).

섬유 강화 프리프레그 테이프가 "인시투"에서 통합될 때 이 공정에서 완전 자동화 단일 단계 제조가 달성될 수 있으며, 이는 생산 비용을 절감하고 후처리 통합 또는 경화 단계를 제거할 수 있습니다. 이러한 제조 기술의 장점에도 불구하고, 레이저 조사 및 반사(아래 Fig. 2 참조), 국부 툴링 형상, 달성된 통합, 특정 공정 파라미터에 의해 영향을 받는 라미네이트 온도, 열가소성 매트릭스 결정도, 잔류 응력, 전반적 품질 등 공정을 예측하고 제어하는 것은 어려운 과제입니다.

OTOM컴포지트는 LATP와 LATW 중 공정 온도를 철저히 분석하는 중요한 역할을 수행하며, 이는 결과 부품 특성과 성능에 필수적입니다.

앰블리파이버 프로젝트 후 소프트웨어 개발

LATW/LATP 공정의 모델 기반 인라인 공정 제어 개발은 EU 자금 지원 앰블리파이버(ambliFibre) 프로젝트 내에서 트벤테 대학에서 시작되었습니다. 프라운호퍼 생산기술연구소(IPT, 독일 아헨)와 긴밀히 협력해 이 프로젝트 중/후에 20편 이상의 과학 논문이 발표되었습니다. 2017년 아민 자미(Dr. Amin Zaami) 박사는 LATP/LATW 공정용 상용 도구 생산 잠재력을 보고 OTOM(광학 열 최적화 모델) 도구 개발을 시작했으며, 이는 고급 유한 요소 모델링(FEM)과 레이 트레이싱을 결합합니다.

레이 트레이싱은 빛의 경로를 추적하고 AFP 공정 중 물체와의 만남 효과를 시뮬레이션하는 기법입니다. 레이 트레이싱 광학 모델은 AFP 레이저로부터 열유속 경계 조건을 FE 해석에 제공합니다. AFP 제어 소프트웨어(일반적으로 위치 및 속도 제어에만 초점을 두고 본딩/가열 단계에는 초점을 두지 않음)와 결합하면 OTOM은 열가소성 복합소재 부품의 최적화된 가공과 성능으로 더 빠른 경로를 가능하게 합니다.

시행착오를 4.0 디지털 제조로 대체

OTOM V.1.20 소프트웨어는 LATP/LATW 공정에서 시행착오 단계를 제거한다고 합니다. 제품 복잡성에 따라 처리량이 수백 퍼센트 향상될 수 있으며, 특히 신제품 개발(NPD)에서 그렇습니다. 이는 설계, 체크아웃 시험, 공정 파라미터 최적화에 필요한 시간을 크게 단축시킵니다.

LATP/LATW 공정은 복잡한 형상, 다양한 툴 곡률, 섬유 강화 열가소성 복합소재 테이프의 이방성 광학 및 열 특성으로 인해 설명, 예측, 최적화하기 어렵습니다. 불안정한 가공, 기계 다운타임, 과열 소재에서 발생하는 연기, 소재 열화, 스퀴즈아웃(용융 매트릭스가 테이프 가장자리 밖으로 눌려 나감), 생산 시간 단축 필요 등의 이슈도 있습니다. 이들은 인라인 모니터링, 모델 기반 제어, 인더스트리 4.0 디지털 제조를 제공하는 OTOM 같은 도구로 해결할 수 있습니다.

OTOM의 장기 목표는 제조 공정의 변동성을 보상해 반복 가능하고 예측 가능한 복합소재 부품 특성과 성능을 가능하게 함으로써 견고한 LATP/LATW 부품 생산을 달성하는 것입니다. OTOM은 최첨단 수치 기법과 실험 연구로 검증되었습니다. 이 도구는 특정 최적화 목표(예: 최적화된 레이저 파워 찾기, 가열 영역을 향한 최적화된 레이저 각도 찾기)에 대해 모든 공정 파라미터를 최적화해 최고 공정 효율과 제품 품질을 얻을 수 있습니다.

AFP 레이저와 복합소재 라미네이트 상호작용, 기하학적으로 변화하는 기판의 온도 국부화, 툴링 형상 효과까지 모두 한 곳에서 완전히 시뮬레이션하고 최적화할 수 있습니다. 다중물리 기반 OTOM 모델링 도구는 디지털화된 LATP/LATW 공정의 길을 열어, 최소화된 생산 시간과 비용으로 우수한 최종 제품 품질을 제공한다고 보고되었습니다.

OTOM컴포지트

2021년 출시된 OTOM컴포지트는 코로나19 팬데믹 이후 비즈니스 회복에 따라 증가하는 조직들에 서비스와 소프트웨어 솔루션을 제공하고 있습니다. OTOM컴포지트는 고객에게 원격 또는 현장에서 엔지니어링 서비스를 제공하며, 생산 라인 및 제품 품질 평가, 기술 컨설팅, 맞춤형 엔지니어링 소프트웨어가 포함됩니다. 이 서비스는 항공우주, 오일 및 가스, 운송, 자동차, 그린 에너지 부문 기업과 연구 기관에 제공됩니다. OTOM컴포지트는 복합소재 관련 선도 기술 적용을 위한 다른 R&D 부서와의 협력도 추구 중이며, 공공 및 민간 자금 지원 R&D 프로젝트에도 참여하고 있습니다. 자세한 정보는 OTOMcomposite@outlook.com으로 문의하세요.