Sandwich-Bauteile per AFP laminieren

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Sandwich-Bauteile per AFP laminieren

(Quelle: TU München)

Im Leichtbau bieten Faserverbundwerkstoffein Sandwichstrukturen besondere, vorteilhafte Eigenschaften. Doch bis heute werden die Deckschichten der Sandwich-Bauteile aufwändig per Handlaminieren aufgetragen. Per AFP (Automated Fibre Placement) könnte sich die Produktion deutlich beschleunigen lassen. Die Herausforderungen – unter anderem Eindrücken des Kerns, Bahnplanung, Anbindung Deckschicht-Kern – verhindern jedoch ein direktes Übetragen bestehender AFP-Prozesse auf die Produktion von Sandwich-Bauteilen.

Im Forschungsvorhaben MAI Acosalus soll die Prozessführung per 3D-AFP zu einem robusten, serientauglichen Verfahren für die Luftfahrt entwickelt werden. Projektpartner sind GKN Aerospace Deutschland,  SGL Technologies GmbH,  Cevotec sowie die Hochschule Augsburg und die TU München. Das Projekt läuft seit Anfang 2021 und soll bis Mitte 2023 abgeschlossen sein. Fördermittelgeber ist das Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie.

„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.“
Thorsten Gröne, Geschäftsführer Cevotec

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%. Dazu arbeiten die Forschenden an einer Optimierung der Legeplanungs- und Simulationsalgorithmen. Das dient nicht nur der Prozessbeschleunigung, sondern auch dazu, die Festigkeitvorhersagen weiter zu verbessern.

„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“
Richard Carle, Projektleiter ACoSaLUS bei Cevotec.

Automated Composite Sandwich Lay-Up System (ACoSaLUS) von links: Lay-up der ersten Schicht, Positionieren des Sandwich-Kerns und
Lay-up der zweiten Deckschicht. (Quelle: Cevotec)

Damit die Qualität der späteren Bauteile den strengen Fertigungsspezifikationen der potenziellen Kunden aus der Luft- und Raumfahrt entspricht, soll ein Bildverarbeitungssystem die Laminate der ersten und zweiten Haut während des Legeprozesses prüfen. Dazu arbeiten die Projektbeteiligten GKN Aerospace und VisCheck zusammen. Zur Online-Prozessüberwachung wollen Forschende der TUM ein System für die Anwendung an komplexen Sandwichbauteilen weiterentwickeln. Durch innovative Methoden der Bildauswertung kann das System somit erstmals für dreidimensionale Geometrien zuverlässig verwendet werden.Ebenso sollen passende Prepreg-Rezepturen die Performance der Anlage und die Qualität der Bauteile weiter verbessern, an denen SGL und die TU München gemeinschaftlich arbeiten.

Bild oben: Automated Composite Sandwich Lay-Up System von links: Lay-up der ersten Schicht, Positionieren des Sandwich-Kerns und  Lay-up der zweiten Deckschicht. (Quelle: Cevotec)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, TU München, AutoCAD

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