Prozessüberwachung und FE-Simulationen für 3D-Faserablage

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Als Ergebnis der Erweiterung der Fiber Patch Placement Technologie (FPP), eines additive Verfahrens zur automatisierten Herstellung von geometrisch komplexen Faserverbundwerkstoffen und kurvenförmigen Verstärkungen, hat Cevotec erst kürzlich relevante FPP-Entwicklungen für die Luftfahrtindustrie bekannt gegeben. Aktuell stehen die kontinuierliche Prozessüberwachung und die FE Simulation für die automatisierte 3D Faserablage mit FPP im Fokus.

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Als Ergebnis der Erweiterung der Fiber Patch Placement Technologie (FPP), eines additive Verfahrens zur automatisierten Herstellung von geometrisch komplexen Faserverbundwerkstoffen und kurvenförmigen Verstärkungen, hat Cevotec erst kürzlich relevante FPP-Entwicklungen für die Luftfahrtindustrie bekannt gegeben. Aktuell stehen die kontinuierliche Prozessüberwachung und die FE Simulation für die automatisierte 3D Faserablage mit FPP im Fokus.

Ausgestattet mit zahlreichen integrierten Sensoren, die alle relevanten Prozessparameter überwachen, ermöglichen die Fiber Patch Placement-Produktionssysteme der SAMBA-Serie eine kontinuierliche Qualitätskontrolle und -überwachung während des Produktionsprozesses. „Gerade in der Luft- und Raumfahrt, einer Branche, die keine Fehler in der Fertigung verzeiht, werden die in halbautomatisierter Fertigung erzeugten Verbundbauteile individuellen Komponententests und Qualitätskontrollen unterzogen, um die Einhaltung der Spezifikationen und damit ein Höchstmaß an Flugsicherheit zu gewährleisten,“ erläutert Felix Michl, CTO von Cevotec. Bei einer Fiber Patch Placement-basierten Produktion hingegen kann eine Vielzahl von Sensoren den gesamten Produktionsprozess überwachen: vom Schneiden der Patches von einer Bandspule bis zur druckkontrollierten Faserablage. Ein spezielles Vision-System prüft beispielweise jeden einzelnen Patch vor der weiteren Verarbeitung auf Qualität und Maßhaltigkeit, so dass garantiert nur 100% Gutmaterial verarbeitet wird. Das reduziert den Aufwand bei der Endkontrolle und senkt die Ausschussquote enorm.

Alle gesammelten Daten werden analysiert und mit den Daten vergangener Produktionsläufe verglichen. So können Abweichungen zeitnah erkannt und entsprechende Korrekturmaßnahmen ergriffen werden. „Das System wird durch maschinelles Lernen mit jedem verarbeiteten Patch in der Datenbank intelligenter,“ ergänzt Michl. Auf Basis der Daten können Prozesstoleranzen gezielt minimiert werden, was wiederum eine gleichbleibend hohe Legequalität gewährleistet. Der Zeit- und Kostenaufwand für Einzelstücktests wird signifikant reduziert.

Eine weitere Möglichkeit, Produktions- und insbesondere Entwicklungsprozesse zu beschleunigen, bietet die jüngste Erweiterung der CAE-Software Artist Studio: Das von Cevotec entwickelte Plug-in für die Modellierungssoftware HyperMesh, einem der führenden FEA-Präprozessoren. „Auf Basis der in Patch Artist definierten Daten zu Geometrie, Position und Ausrichtung der Patches lässt sich mit dem Artist Studio-Plug-in automatisiert ein detailgetreues Abbild des Patchlaminates in HyperMesh generieren,“ erklärt Dr. Neven Majic, als EVP verantwortlich für die Software-Entwicklung bei Cevotec. Dabei wird die Kontur jedes einzelnen Patches herangezogen, um Faserorientierungen und Überlappungsbereiche zu modellieren. Zur Analyse, die auf Sublayer- ebenso wie auf Patch-Ebene erfolgen kann, können Ply-basierte Schalenmodelle, aber auch Solid- bzw. Kohesivzonenmodelle genutzt werden.  

Auf der Advanced Engineering Show Birmingham (Stand N86) und der Composite Europe in Stuttgart (Halle 9, Stand E60e) präsentiert Cevotec sowohl das erweiterte SAMBA-Sensorsystem also auch das Artist-Studio-Plug-in. Zudem werden wie bereits angekündigt auch das Produktionssystem SAMBA Multi, mit dem das automatisierte Multimaterial-Layup von Luftfahrt-spezifischen Sandwich-Bauteilen möglich ist, und das Software-Modul Tape Artist für die kombinierte FPP und AFP Laminatplanung vorgestellt. Alle Neuentwicklungen werden gegen Ende des Jahres erhältlich sein.  

Bild oben: Produktionssystem SAMBA Multi. Bild: Cevotec 

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