JEC World2023の優勝者紹介:NIAR / IsoTruss

JEC World2023の優勝者紹介:NIAR / IsoTruss

2023年5月5日~7日にフランスのパリで開催された世界最大級の複合材料の展示会「JEC World 2023」にて、各部門の優勝者(技術)をご紹介します。

本記事では、

  1. NIAR(ウィチタ州立大学,アメリカ)
    -インプロセスAFP製造検査システム(デジタル-AI&データ部門優勝)
  2. IsoTruss(アメリカ)
    -カーボンファイバータワー:Isotruss® (設備-機械・重工業部門優勝)

を解説します。

NIARの技術は、プリプレグを自動的に積層するレイアップマシンのAFPにAIを搭載し、過去の膨大な工程欠陥情報から最適な条件を導き出し、加圧力や温度などを自動で調整することによって、工程欠陥の少ないプリプレグ積層を実現しようという試みです。

現在のAFPを用いた積層では、最後には作業者がハンドアイロンを片手に出来栄えを確認し、修正する膨大な作業があり、積層条件の導出においてもかなりの時間を有するのが現状でしたが、本技術ではそれを大幅に削減し、より高精度・高品質なCFRP成形を実現することができます。

IsoTrussは、カーボンファイバーをはじめとする、強化繊維材料を使ったFRPを、材料特性に合わせた形状に組立て、高強度・高剛性・軽量な構造物を製作する技術です。これまで、金属などを用いた軽量高剛性な構造といえば、橋脚などにみられるトラス構造やラーメン構造などが有名ですがFRPに合わせ最適化された幾何学的構造を適応することにより、より強く、硬く、軽量な構造物を実現しています。

インプロセスAFP製造検査システム(デジタル-AI&データ部門)

製造欠陥を検出する自動ファイバー配置(AFP)ヘッド用のインプロセスAFP製造検査システム(IAMIS)とユーザーフレンドリーな拡張現実可視化モジュール。

IAMISは、機械学習(ML)アルゴリズムにより、認証基準を超える製造欠陥を検出し、オペレーターに依存する手動の工程を削減します。AIを用いて、各欠陥箇所の膨大なデジタル加工データと形状を解析し、製造上の異常を特定することで、部品の製造欠陥を減らすための数値を最適化します。

材料が仕様通りに積層され、欠陥がないことを保証するためには、検査と工程管理による品質保証が不可欠です。AFPは生産速度と品質を大幅に向上させますが、信頼性の高い工程内検査技術がないため、現在、AFP工程は生産時間の20~70を手動検査で中断され、自動化のメリットが薄れています。また、手作業による検査工程には、作業者・訓練・環境依存や不整合といった欠陥があります。

本発明の主な目的は、手作業による検査を減らしてAFP製造率を向上させ、ビッグデータ解析による品質向上を図るために、MLアルゴリズムやAIを実装する枠組みを開発することです。検査システムに関連するハードウェアの多くは、市販のレーザーシステムやカメラシステムで構成されています。しかし、様々なAFPヘッド構成に対応するため、付加的に製造された小型軽量ブラケットとワイヤーマネジメントシステムにより、このシステムの統合を実現しています。

本技術の主なメリット

・自動生産システムの稼働率向上。
・手間のかかる手作業による検査をなくし、品質を向上させる。
・オペレーターの経験値に起因する、ヒューマンエラーの排除。
・修理や品質保証のための拡張現実の可視化。
・認証とサステイナメントサポートのための、欠陥のデジタル記録作成。

カーボンファイバータワー:Isotruss®(設備-機械・重工業部門)

IsoTruss
パートナー:My Learning Alliance (米国土地管理局ワイオミング州,アメリカ)/
アメリカ合衆国(米国農務省国立食品農業研究所,アメリカ)/
ユタ州立大学(アメリカ)

IsoTruss®カーボンファイバータワーは、デザイン、敷地、仕様に応じて、所定の重量に対して鋼鉄の最大12倍の強度、または所定の荷重に対して最小12分の1の重量の実現を可能にします

IsoTruss®は、複合材料で製作された一方向性部材で構成された2次元および3次元の正三角形または二等辺三角形断面に基づくユニークな幾何学的構成である。IsoTrussはもともと航空宇宙用途に考案されたもので、軽量性と剛性が重要視される耐荷重構造物に理想的です。

全体として、IsoTruss®は、ガラス、アラミドなどの高性能な連続繊維強化ポリマー複合材料と、それらの要素が効率的に荷重を担えるように非常に効率的な形状を組み合わせ、極めて軽量で極めて高い性能を実現しています。

本技術の主なメリット

・素材の優位性:高強度/高剛性/高耐久性/横等方性/電波透過性/耐腐食性
・横等方性/電波透過性/耐腐食性
・構造的な優位性:シェルバックリングが起きにくい/軽量/低引きずり/損傷に強い/美観を損なわない etc…
・ダメージ耐性/美観/エコフレンドリー/耐食性
・CFの削減/軽量化による輸送・設置コスト削減/CO2排出量70%削減

出典