PASSARO：Clean Sky 2向けワンショット・アウトオブオートクレーブ複合材コックピットを先導

PASSARO（caPAbilities for innovative Structural and functional testing of AeROstructures）プロジェクトは、騒音断熱と高エネルギー衝撃耐性を統合した新しい多機能材料、および熱可塑性複合材インシチューコンソリデーションや液体樹脂インフュージョンなどのアウトオブオートクレーブ（OOA）技術で補完された、ワンショットで製造される新しい複合材コックピットの検査ソリューションの開発を目指しています。この複合材コックピットは、Clean Sky 1の期間中にAirbus Defence and Space（スペイン・マドリード）によってC295航空機ベースで開発されました。また、製造プロセスの自動化、インダストリー4.0コンセプトに基づく新しい試験アプローチ、パイロットの快適性を促進しヒューマンマシンインターフェースを改善するエルゴノミクス先進コンセプトの開発も対象としています。

Clean Sky 2のAirframeプラットフォームの一部であるPASSAROプロジェクトは、2016年7月に開始され、総期間48ヶ月です。ポルトガルとスペインの11パートナーがAirbus Defence and Spaceと緊密に協力して取り組んでいます。

出典：Clean Sky 2

ポルトガル地域MOSHOプロジェクトとのシナジー

多くのClean Sky 2（CS2）プロジェクトは、EU加盟国の地域イニシアチブ（フランスのCORACなど）とシナジーを持っています。PASSAROプロジェクトは、ポルトガルの国家研究開発イニシアチブとの補完的活動を推進してきました。MOSHOプロジェクト（衝撃材料の先進ソリューション、複合材航空構造の修復とそのモニタリング）は、Clean Sky 2のAirframe ITDコーディネーターであるADS（Airbus Defence and Space）の支援を受け、PASSAROの一部パートナーが関与する活動を補完しています。このプロジェクトは、複合材航空構造の修復に関する先進ソリューションの開発と統合を行います。

図3：MOSHOプロジェクト技術範囲 出典：https://www.cleansky.eu/commissioner-moedas-meets-passaro-at-isq

PASSAROの協働ロボット、手作業積層サイクルタイムを最大70%短縮

PASSAROプロジェクトの目的の一環として、複合材製造における協働ロボット（コボット）の活用方法を研究・開発する中で、OPTIMALプロジェクトは、合格材料を使用して従来の手作業積層を置き換える実用的でコスト効率の良い自動化ソリューションを開発しました。

伝統的に、プリプレグを使用した複合材部品の製造は本質的に手作業ですが、自動化に向けた取り組みが進んでいます。過去10年間で、比較的シンプルな形状部品向けにいくつかの自動積層ソリューションが登場しました。これらはしばしば高価で、専用の安全システムを備えた隔離セルなどの特別な環境を必要とし、工場をゼロから設計する必要が一般的です。代替として、コボットを既存の製造ワークフローに統合し、一部タスクを自動化して生産性を向上させ、周囲の環境を大幅に変更せずに済ませることができます。

産業用ロボットは高速、高出力、優れた精度と再現性を持ちますが、最終結果の最適化のみを目的として開発されています。一方、コボットは低速、低精度、小ペイロードですが、人間と並行してシンプルなタスクを自動化するために必要な機能を、かなり低コストで備えています。コボットには微小な衝撃を検知して安全に停止する荷重センサーがあります。

OPTIMALのコボット技術開発の目的は、自社および他社が、より再現性が高く、高品質な製品を大量に、より低価格で提供できる能力を向上させることです。

PASSAROプロジェクトのワークパッケージ10内で、協働ロボットを使用して3つの主要ステップが開発されました：

1. 自動プリプレグカッターから直接、プライのピックアップと仕分け；
2. 専用セルでのプライ剥離；
3. ツールへのプライ位置決めと積層。

これらの活動を実装するために、プリプレグカッターからプリプレグプライを受け取り、自動的に剥離してモールド上に積層するセルが開発されました。

PASSAROプロジェクトで複合材製造に使用される協働ロボット。出典：ISQ Group

位置決めと積層タスクは、プリプレグハンドリング用の特殊吸着カップを使用してロボットアームで完了します。剥離機はより複雑な機械で、圧縮空気を使用してプリプレグを剥離します。プリプレグは通常、プラスチック1層と紙1層、または単にプラスチック2層の2つのコーティングで保護されています。剥離コンセプトは、異なる材料が同じ刺激を受けたときに異なる周波数で振動するという事実に基づいています。異なる振動周波数により、プリプレグと覆い層の間に空気ポケットが生じます。プレート共振器が異なる材料に対応して振動振幅を調整します。このプロトタイプは、特定材料でほぼ100%の成功率で剥離し、モールド平面内の2自由度で±0.5mm、回転で±0.1°の積層精度を達成しました。

このシステムで採用されたモジュラーアプローチにより、プライ寸法に依存しない設計となっています。幅は並列剥離モジュールを追加することで、長さは剥離機の開口範囲を調整することで対応可能です。この技術は、人間オペレーターと比較して、プロセス精度、再現性、特にサイクルタイムにおいて明確な改善をもたらし、最大70%の短縮を実現します。

著者：António Reis、Nicole Cruz、Marco Neves（OPTIMAL）およびRúben Buelga Sanchez（ADS）。詳細については、以下までお問い合わせください：
INEGI
Campus da FEUP
Rua Dr. Roberto Frias, 400
4200-465, Porto, Portugal
Tel: (+351) 229 578 710
Email: passaro@inegi.up.pt