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14.12.2017

Additiver Aufbau eines Flugzeug-Fenstertrichters

Erweitertes Einsatzspektrum von Fiber Patch Placement

Das skalierbare Fertigungssystem lässt sich an nahezu jede Produktionsanforderung anpassen (© Cevotec)

Mit Fiber Patch Placement lassen sich komplex geformte 3D-Halbzeuge in einem Arbeitsschritt ohne Umformprozess erstellen. „Das Verfahren erreicht in der Serienproduktion komplexer Bauteile einen Grad an Automatisierung und Materialeffizienz, den herkömmliche Legeverfahren nicht leisten können“, sagt Thorsten Gröne, kaufmännischer Geschäftsführer der Cevotec GmbH, Taufkirchen. Legeprozesse mit hohem Materialdurchsatz erzeugen in der Regel 2D-Halbzeuge, die dann in einem Thermopress-Verfahren in Endform gebracht werden müssen. Dieser zusätzliche Arbeitsschritt verursacht höhere Kosten. Carbonfaser-3D-Drucker hingegen erzeugen komplexe Geometrien ohne zusätzlichen Umformprozess, haben aber einen sehr geringen Materialdurchsatz und lange Produktionszyklen.

Im digitalen Designprozess des Fiber Patch Placement werden die lastpfadorientierte Faserausrichtung sowie bei Bedarf individuelle Wanddicken festgelegt. Nach Herstellerangaben liegt der Materialverbrauch im Schnitt 30 Prozent unter dem herkömmlicher Verfahren. Gleichzeitig zeichnen sich die fertigen Bauteile durch eine Steifigkeit und Festigkeit aus, die bis zu 150 Prozent über den Werten klassisch gefertigter Bauteile liegen soll.

Skalierbarkeit des Fertigungssystems

Da das Fertigungssystem skalierbar ist, lässt sich das Fiber Patch Placement an nahezu jede Produktionsanforderung anpassen. In der Großserienproduktion verarbeiten die Fertigungszellen bis zu 15 kg Fasern pro Stunde, kombiniert zu Fertigungsstraßen erreichen die Samba-Scale-Zellen laut Anbieter einen konstanten Durchsatz von bis zu 100 kg pro Stunde, auch bei hoher Bauteilkomplexität.

Fiber Patch Placement bietet die Möglichkeit, komplexe Faser-Halbzeuge ohne Umformschritt direkt auf die finale Bauteilkontur abzulegen (© Cevotec)

Die Produktionsanlage Samba Pro fertigt Halbzeuge mit einer Geschwindigkeit von 1 Patch pro Sekunde (entsprechend 2 bis 3 kg Fasern pro Stunde) und eignet sich durch kurze Rüstzeiten und ein Werkzeug-Schnellwechselsystem für die flexible hochvolumige Chargenfertigung von Bauteilen. Der Anlagentyp Samba Step ist hingegen auf Kleinserien, Prototypenbau und Forschung ausgerichtet.

„Aktuell liegt unser Fokus auf der Verarbeitung von bebinderten Trockenfasern, sowohl aus Kohlenstoff als auch aus Glas“, sagt Felix Michl, CTO von Cevotec, „die Verarbeitung von Prepreg ist jedoch bereits in der Erprobungsphase.“ Gerade für diesen Bereich habe das Unternehmen viele Anfragen erhalten.

Flugzeug-Fenstertrichter auf der Pariser Luftfahrtschau

Zur Paris Air Show ist es Cevotec gelungen, einen Flugzeug-Fenstertrichter additiv und automatisiert aufzubauen. Das etwa 40 x 50 x 15 cm große Bauteil war für die Ingenieure eine enorme Herausforderung. „Eine derart zweiachsig gekrümmte und ringförmig geschlossene Preform mit einer konstant radialen und in Umfangsrichtung aufgebauten Faserarchitektur lässt sich bislang mit keiner Fertigungsanlage integral herstellen“, stellt Michl klar.

Besonders der Umgang mit textilen Halbzeugen erweist sich als Hürde. Fiber Patch Placement biete, so Michl, als einzige Technologie die Möglichkeit, dieses komplexe Faser-Halbzeug ohne Umformschritt direkt auf die finale Bauteilkontur abzulegen und damit Prozessschritte einzusparen und unerwünschte Drapiereffekte in der Herstellung zu vermeiden. „Durch den patchweisen Aufbau des Trichters wird die Wanddicke größtenteils konstant gehalten und das Material gleichförmig gut ausgenutzt. Der Tunnel ist damit um mehr als 50% leichter als ein klassisches Spritzgussbauteil. Das spart nicht nur Material, sondern auch Gewicht, was in der Luftfahrt besonders wichtig ist.“

Der Flugzeug-Fenstertrichter im Softwaremodul Motion Artist (© Cevotec)

Die Produktion des Bauteils übernimmt das Produktionssystem Samba. Es setzt das Bauteil robotergestützt, Stück für Stück, aus gerichteten Faserpatches auf einem Formwerkzeug zusammen. „Kernelement hierbei ist der formadaptive Greifer, eine Cevotec-Eigenentwicklung, der sich passiv an die komplexe Form anpassen und die Patches exakt an der berechneten Stelle ablegen kann. Derzeit mit einer Legegeschwindigkeit von 1 Patch pro Sekunde", erklärt Michl. Grundvoraussetzung für eine gleichmäßig hohe Laminatqualität ist eine optimale Lage und Überlappung der Patches zueinander. Beides berechnet die CAD-CAM Software Artist Studio von Cevotec. (ys)

Unternehmensinformation

Cevotec GmbH

Willy-Messerschmitt-Str. 1
DE 82024 Taufkirchen

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