Composite-Sandwich-Bauteile: So gelingt das automatisierte Lay-up

• Das Bestreben, Emissionen in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu reduzieren, hat die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen und Sandwichstrukturen gefördert.
• Doch bis heute erfordert die Fertigung von Sandwichstrukturen manuelle Arbeit und mehrfache, nachträgliche Prüfschritte, um die engen Qualitätsvorgaben einzuhalten.
• Hier setzt ein Gemeinschaftsprojekt für die vollautomatisierte Produktion der Composite-Sandwich-Bauteile an.

Gemeinsam mit GKN Aerospace Deutschland GmbH, TUM — Lehrstuhl für Carbon Composites, SGL Carbon, der Hochschule Augsburg und unter Förderung des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie startete Cevotec ein wegweisendes F&E-Projekt namens MAI ACoSaLUS: Composite-Sandwich-Bauteile vollautomatisiert zu produzieren.

Wie sich Sandwichstrukturen kostengünstiger und kontrollierte fertigen lassen

Das kontinuierliche Bestreben, Emissionen in der Luft- und Raumfahrtindustrie zu reduzieren, hat zu einer weit verbreiteten Verwendung von Faserverbundwerkstoffen und Sandwichstrukturen geführt. Hier liegt ein wichtiger Treiber für neue Prozessentwicklungen und Teilezertifizierungen. Faserverbundwerkstoffe, insbesondere Sandwichstrukturen, bieten ganz spezifische Vorteile. Doch bis heute sind Letztere in hohem Maße abhängig von manueller Arbeit und mehrfachen, nachträglichen Prüfschritten. Nur so lassen sich die engen Qualitätsvorgaben einhalten. Durch die Weiterentwicklung des automatisierten Fiber Patch Placement (FPP) Lay-up-Prozesses mit weiterentwickelten On-Line-Inspektionsmöglichkeiten will Cevotec die Produktion dieser Komponenten kostengünstiger, effizienter und besser kontrollierbar machen. „Die FPP-Technologie ist einzigartig in ihrer Fähigkeit, Fasern auf Oberflächen mit mehrfachen Krümmungen zu legen, und wir wollen dies auf das automatisierte Legen kompletter Sandwich-Bauteile, einschließlich der Kernmaterialien, ausweiten“, sagt Cevotec-Geschäftsführer Thorsten Gröne. Hauptziele des Projekts sind die Erhöhung der Netto-Legegeschwindigkeit um den Faktor 7-10x auf 15m²/h und die Reduzierung des manuellen Arbeitsaufwands um bis zu 100%.

Der Aufgabenbereich von Cevotec umfasst sowohl Software- als auch Hardware-Entwicklungen. „Der erste Schritt ist eine Weiterentwicklung des Patch-Placement-Prozesses. Wir werden eine aktive Kraftrückkopplungsfunktion auf unserem Roboter implementieren, um die Kompaktierungskräfte während des Lay-up-Prozesses optimal zu kontrollieren. Dabei verbessern wir gleichzeitig unsere proprietäre Greifertechnologie“, erläutert Richard Carle, Projektleiter ACoSaLUS bei Cevotec. Gemeinsam mit der Hochschule Augsburg arbeitet Cevotec an einer Optimierung der Legeplanungs- und Simulationsalgorithmen. Damit sollen sich die Gesamtzykluszeit pro Bauteil reduzieren und die Qualität der Festigkeitsvorhersagen weiter erhöhen.

Ziel: vollautomatischer Legeprozess für Composite-Sandwich-Bauteile

Die produzierten Bauteile müssen den strengen Fertigungsspezifikationen der Kunden aus der Luft- und Raumfahrt entsprechen. Dazu will Cevotec ein Bildverarbeitungssystem entwickeln, um die Laminate der ersten und zweiten Haut während des Legeprozesses zu prüfen. Dies wird in enger Zusammenarbeit mit der GKN Aerospace GmbH und der VisCheck GmbH geschehen. Auch neue Prepreg-Rezepturen, entwickelt von der SGL Carbon, werden im Rahmen des Projekts getestet, um ihren Einsatz auf Cevotec-Anlagen zu optimieren. Darüber soll hinaus eine Greifer-basierte Applikationstechnik für von der Vabatec GmbH neu entwickelte Vakuumhilfsmittel erarbeitet werden.

Zum Ende des Projekts im Jahr 2023 will Cevotec die Netto-Legegeschwindigkeit relevanter Bauteile um das 7-10-fache verbessert und einen vollautomatischen Legeprozess für Composite-Sandwich-Bauteile unter Verwendung der Fiber Patch Placement-Technologie entwickelt haben. Das beinhaltet fortschrittliche On-Line-Inspektionsroutinen und selbstadaptive Prozesskontrolle, weiterentwickelte Legeroutinen und automatisiertes Ablegen der Kernmaterialien. Ziel ist, die Entwicklungen in die Serienfertigung der Luft- und Raumfahrt zu übertragen.

Weitere Informationen: https://www.cevotec.com/, https://www.gknaerospace.com/en/about-gkn-aerospace/locations/gkn-aerospace-in-europe/munich/, https://www.lrg.tum.de/en/lcc/home/, https://www.sglcarbon.com/, https://www.vischeck.de/, https://www.hs-augsburg.de/en/, https://vabatec.com/

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