Sebastian OPPITZ, Stefan JANSSEN, Thomas GRIES

COMBINING LASER AND TEXTILE TECHNOLOGY FOR JUST-IN-TIME PRODUCTION OF COMPOSITES

The demand for composite components is rapidly increasing by a simultaneous demand for increasing component performance. Compared to established construction materials, production technologies in the composite field often have a lower technological maturity. Current production technologies for fiber reinforced plastics (FRP) are using 3D multi-layer textile preforms. The preform production is often characterized by high manual workload. High level of automation, including automated quality assurance, is often cost-effective only at high volumes. In the highly innovative EU and OP.EFRE funded “CarboLase”-project ITA RWTH Aachen University and Fraunhofer ILT are developing in corporation with industry partners the future fully automated preforming process chain. Sensors as well as flexible software and hardware interfaces are integrated in the process chain, enabling the transfer of product and process data along the process chain. One core innovation is the combination of productive 2D CNC cutting, high-precision laser material processing of the textile preforms by ultra-short pulsed laser radiation and a fully automated application of metallic fasteners into the preforms. The technologies are integrated in a single robot cell.

KOMPOZİTLERİN TAM ZAMANINDA ÜRETİMİ İÇİN LAZER VE TEKSTİL TEKNOLOJİLERİNİN BİRLEŞTİRİLMESİ

Kompozit bileşenlere olan talep, artan bileşen performansıyla simultane biçimde hızla yükselmektedir. Mevcut yapı malzemeleriyle kıyaslandığında, kompozit alanında daha az teknolojik olgunlaşma görülmektedir. Güncel üretim teknolojileri lif takviyeli plastiklerin (FRP) üretiminde üç boyutlu çok katmanlı tekstil kalıpları (preform) kullanılmaktadır. Kalıp üretimi çoğunlukla elle yapılan iş yükü olarak nitelendirilmektedir. Otomatik kalite güvencesi içeren yüksek seviye otomasyon çoğunlukla yüksek hacimli üretimlerde daha uygun maliyetli olmaktadır. Son derece yenilikçi, AB ve OP. EFRE tarafından desteklenen “CarboLase” projesinde, ITA RWTH Aachen Üniversitesi ve Fraunhofer ILT endüstrideki işbirlikçileri ile birlikte geleceğin tamamen otomatikleşmiş süreç zincirini geliştirmektedir. Esnek yazılımlar olarak sensörlerin ve donanım arayüzlerinin süreç zincirine entegrasyonu, ürün ve süreç bilgisinin süreç zinciri boyunca iletimini sağlamaktadır. Diğer esas yenilik ise yüksek verimli 2D CNC kesimin, Ultra kısa atımlı lazer ışıması ile tekstil kalıplarının yüksek hassasiyetli lazer malzeme işlenmesinin ve kalıplara metalik hızlandırıcıların tamamen otomatik olarak uygulanmasının birleştirilmesidir. Teknolojilerin tamamı tek bir robot hücresinde entegredir.

PDF

___

1 AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. Hrsg.: Composites-Marktbericht 2013 Marktentwicklungen, Trends, Ausblicke und Herausforderungen Frankfurt am Main, Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe e.V., 2013

2 Lässig R.; Eisenhut, M.; Mathias, A.; Schulte, R.; Peters. F.; Kühmann, T.; Waldemann, W.; Begemann, W.:Serienproduktion von hochfesten Faserverbundbauteilen‘ Studie, Roland Berger Strategy Consultans, 2012

3 Bauer, T.; Schmid, N.; Seeliger, W.; Wertschöpfungspotenziale im Leichtbau und deren Bedeutung für Baden-Württemberg Eine Studie im Auftrag der Leichtbau BW GmbH Koordination Fraunhofer- Institut für System- und Innovationsforschung ISI Stuttgart, 2014

4 Schievenbusch, F.: Beitrag zu hochbelasteten Krafteinleitungselementen für Faserverbundbauteile Technischen Universität Chemnitz Dissertation 2003, Zugl. Chemnitz, Technische Universität Chemnitz Kompetenzzentrum Verlag, 2004

5 Multi-Material-Design als Zukunft des systematischen Leichtbaus, Maschinenmarkt, 2011

6 W. Hufenbach:‘Neue Materialien - Chancen für den Leichtbau, 3. ACOD-Kongress, Leipzig, 2010

7 P. Trechow: Leichtbau wird Materialmix des Automobils massiv verändern VDI Nachrichten, 2012

8 Nestler, D.: Verbundwerkstoffe – Werkstoffverbunde Status quo und Forschungsansätze Technischen Universität Chemnitz Habilitationsschrift 2013, Zugl. Chemnitz

9 Klingele, J.:Produktorientierte Auswahl von Verfahren zur Vorfixierung textiler Preforms RWTH-Aachen Dissertation 2014, Zugl. Aachen, Shaker-Verlag, 2014

10 FOREL-Projektstart für automatisierte Herstellung von komplexen FKV-Bauteilen für Elektrofahrzeug lightweight-design, 2015

11 Hopmann, C.; Fecher, M.; Linnemann, L.; Bastian, R.; Gries, T.;Schnabel, A.; Greb, C.: Vergleich der Eigenschaften von Onserts und Inserts für eine Großserienfertigung von FVK-Strukturbauteilen Artikel, Zeitschrift Kunststofftechnik 9. Auflage (2013), Carl Hanser Ver-lag, München, 2013, S. 178-206

12 Janssen, S.; Reinelt, R.; Kelbassa, I.; Oppitz, S.3; Cetin, M.: Comparison Between ps- and μs-Laser Radiation for Drilling Holes for Force Transmission Elements in CFRP-Preforms October 2015 Proceedings of ICALEO 2015, Atlanta, U.S.A. 13 Cetin, M.; Oppitz, S.; Janssen, S; Gries, T.: High precise cutting of carbon- and glass fiber using laser technology Abstract Book / International Conference on Advances in Composite Materials and Structures (CACMS 2015), 13-15 April 2015, Istanbul. - Istanbul: Istanbul Teknik Üni0versitesi, 2015, S. 120

14 Cetin, M.; Gries, T.: Einsatz von Lasertechnologie zur Integration von komplexen Verbindungselementen in FVK-Strukturen Mitgliederversammlung car e.v., Aachen 20.04.2015

15 S. Oppitz, T. Gries: Laser optimierte Applikation von Inserts in Composites MM Maschinen KW 49, 2016