Werkstoffe: Fiber Patch Placement-Konzepte für die Luftfahrt

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Fiber Patch Placement (FPP) ist inzwischen die bevorzugte Technologie, wenn es um die automatisierte Fertigung von komplexen Faserverbund-Bauteilen geht. Der additive Aufbau von Bauteilen mit passend großen Patches findet insbesondere in der Luftfahrt- und Automobilindustrie, der Medizintechnik und bei Sportgeräten Anwendung. 

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Fiber Patch Placement (FPP) ist inzwischen die bevorzugte Technologie, wenn es um die automatisierte Fertigung von komplexen Faserverbund-Bauteilen geht. Der additive Aufbau von Bauteilen mit passend großen Patches findet insbesondere in der Luftfahrt- und Automobilindustrie, der Medizintechnik und bei Sportgeräten Anwendung.

Durch eine enge Zusammenarbeit mit führenden Herstellern von Komponenten für die Luft- und Raumfahrt entwickelt Cevotec den gesamten Patch-Placement Prozess entlang den Anforderungen der Branche weiter. Das besondere Interesse der FPP-Spezialisten gilt dabei aktuell den komplexen Sandwichbauteilen mit ihren anspruchsvollen Materialmischungen, wie Klebefolien, Glasfaser- und Kohlefaserlagen. Diese verschiedenen Materialien werden eingesetzt, um die Haftung und Verarbeitung von Kohlefasermaterial und den oft verwendeten Aluminium-Waben-Sandwichkernen zu verbessern. „Mit den gerade in der Entwicklungsphase befindlichen Produktionssystemen des Typs Samba Multi ermöglichen wir die automatisierte Verarbeitung dieses speziellen Multi-Material-Mixes innerhalb einer einzigen Anlage“, berichtet Felix Michl, CTO von Cevotec. Zudem wurden neben Glasfaservliesen, Metallstrukturen und Holzkernen bereits Aluminiumwabenkerne, feste Schaumstoffe und andere nicht-alltägliche Stoffe lastpfadgerecht verstärkt. Je nach Prozessanforderung kann dies in-line oder parallel zur Linienfertigung geschehen, um Taktzeiten zu optimieren.

Samba Multi verfügt über eine parallele Zuführung von verschiedenen Materialien zur Verarbeitung in einem System und kann diese präzise auf 3D Sandwich-Kerne oder Formwerkzeuge ablegen. Durch die Montage der FPP-Einheit auf einer Linearachse ermöglicht das Konzept auch die Herstellung von besonders langen und breiten Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt. Angepasst auf die Bauteilgröße wurden auch die Patch-Greifer auf DIN-A5 und DIN-A4 Größe skaliert, um den gängigen Flugzeugbauteilen gerecht zu werden. Ein integrierter Greiferbahnhof ermöglicht darüber hinaus das einfache Austauschen von Greifern im laufenden Prozess.

„Das automatisierte Multi-Material-Layup bei komplexen Sandwich-Bauteilen wirkt sich ausgesprochen positiv auf die Prozesszeiten und damit die Produktionsmenge aus“, erklärt Thorsten Gröne, Geschäftsführer von Cevotec. „Durch die Ablage mit kontrolliertem Druck und Wärme können Zwischen-Kompaktierungen häufig vermieden und Prozesszeiten signifikant reduziert werden.“ Zudem, so Gröne weiter, senkt FPP in vielen Anwendungen nachhaltig die operativen Produktionskosten. „Materialeinsparungen von 20% – 50% spielen dabei natürlich eine große Rolle, aber häufig ermöglicht die Automatisierung mit FPP weitere Optimierungen im Gesamtprozess.“

Ein weiterer Vorteil von Samba Multi ist die hohe Skalierbarkeit des Produktionsprozesses. „Ein und derselbe Prozess funktioniert sowohl bei wenigen hundert Stück pro Jahr, als auch für mehrere tausend Stück pro Jahr“, führt Michl aus. Das sind Szenarien wie sie zum Beispiel in der aufstrebenden „Flying Car“-Branche vorkommen. „Dank Schnellwechselsystem und kurzen Rüstzeiten ist ein Produktwechsel am System kein Problem und wirtschaftlich sinnvoll: so können mehrere Bauteile ein erstes FPP System anfänglich auslasten, und mit steigenden Stückzahlen wird der Maschinenpark erweitert und die Anlagen dedizierter. Der Vorteil: der Prozess bleibt gleich – eine erneute Bauteil-Entwicklung und Qualifikation sind nicht notwendig.“

„Da in der Luft- und Raumfahrt sowohl FPP- als auch AFP-Prozesse eingesetzt werden, stellt sich im Verlauf der Entwicklung natürlich auch die Frage, ob die Laminatplanung für FPP und AFP in unserer CAE-Software Artist Studio kombiniert werden kann. Die klare Antwort: ja, sie kann kombiniert werden!“, ergänzt Dr. Neven Majic, EVP bei Cevotec. Derzeit erweitern die FPP-Spezialisten daher Artist Studio um die relevanten Features für die Laminatgestaltung mit Endlosfaserbändern, wie sie in AFP-Prozessen Verwendung finden. Nahtlos in Artist Studio integriert, wird das neue Modul Tape Artist auch Motion Artist zur Maschinendatengenerierung und Prozesssimulation nutzen. Tape Artist kann auch mit Patch Artist zu einem Modul kombiniert werden, so dass Ingenieure integrierte Laminate auf Basis von AFP- und FPP-Technologie entwerfen können.

Das Modul wird – ebenso wie Samba Multi – auf Leitmessen und Konferenzen im Herbst dieses Jahres (Composite Europe, Advanced Engineering, GoCarbon Fiber) dem Publikum vorgestellt und gegen Ende des Jahres erhältlich sein.  

Bild: Preview von Samba Multi. Bild: Cevotec

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