Automated Composites Manufacturing

Flexible und intelligente Herstellung von Composite-Bauteilen mit Fertigungsrobotern

Unsere Leistungen

Bei der automatisierten Fertigung von faserverstärkten Bauteilen kommen unterschiedliche Verfahren wie z.B. Automated Fiber Placement (AFP) und Automated Tape Laying (ATL) zum Einsatz. Solche Anlagen (Portalsystem, Roboterumgebungen usw.) verarbeiten unterschiedlichste Materialien wie z.B. duro- und thermoplastische PrePregs, Trockenfasern etc. SWMS bietet in diesem komplexen Umfeld Softwarelösungen an, die Sie von der Auslegung Ihrer Composite Bauteile bis zu dessen Fertigung unterstützen. Alle Fertigungsschritte werden dabei durch digitale Zwillinge virtuell abgebildet, was unseren Kunden eine durchgängige softwaregestützte Prozesskette garantiert. Grundlage für dieses Vorgehen sind prozessbegleitende Analysen und ein professioneller Umgang mit der Vielzahl unterschiedlichster Datenquellen (NX, FiberSIm, Catia, Step, IGES etc.), um so Optimierungen entlang der gesamten Prozesskette aufzeigen zu können. 

Sämtliche beschriebene Aktivitäten sind in der Softwareumgebung TapeStation in entsprechende Module gebündelt und als anlagen- und herstellerunabhängige Programmier- und Auslegungssoftware verfügbar.

Integration der Maschinen- und Ablegesimulation

Analyse der berechneten Bahnbelegungen

Maschinenspezifische Postprozessor-Integration

Generierung von bauteilspezifischen NC-Programmen

Unser hohes Verständnis für die unterschiedlichsten Fertigungsprozesse und Materialien ermöglicht uns eine reibungslose Abbildung dieser in unserer Softwareumgebung TapeStation. Hierbei ist gerade die Unterstützung unterschiedlichster Maschinenkonzepte als Kernmerkmal zu nennen. Eine Automatisierung Ihrer Composite Fertigung durch unsere Softwarelösungen ermöglicht eine optimierte Bahnberechnung. Fertigungszeiten werden so gesenkt und die Fertigungsqualität gesteigert. Darüber hinaus führt die integrierte Verschnittoptimierung zu einer hohen Produktivität der zu betreibenden AFP und ATL-Anlagen. Durch diese Funktionen ist es bereits im Vorfeld möglich, zu erstellende Composite-Bauteile mittels am Markt angebotener Maschinentechnik monetär auf Wirtschaftlichkeit einzuschätzen und Investitionsentscheidungen zu prüfen.

Faserverstärkte Kunststoffe

Ein Faserverbund-Kunststoff (FVK) ist ein Material, welches aus einer Matrix und endlosen Verstärkungsfasern besteht. Die Matrix,  also ein Kunststoff, in dem die Kohlefasern eingebettet sind, bildet hierbei das Grundgerüst. Sie besteht aus einem Polymer (chemischer Stoff). Als Fasermaterial werden in der Regel Glas, Aramid oder Kohlenstoff gewählt.

Tapelegen

Beim Tapelegen (engl. Tape Laying) wird ein mit unidirektionalen Fasern verstärktes Tape auf Schmelztemperatur aufgeheizt und unter Druck mit Hilfe einer Rolle auf einer nachzubildenden Fläche abgelegt. Tapelegen eignet sich besonders für große Bauteile mit leichten Krümmungen und bietet in einer kleinen bis mittleren Seriengröße ein hohes Potenzial hinsichtlich einer vollautomatisierten Produktfertigung, somit können zum Beispiel komplexe Laminataufbauten realisiert werden. Es besteht die Möglichkeit die Ausrichtung der Tapes an die Anforderungen des jeweiligen Bauteils anzupassen. Damit bietet das Tapelegen ein hohes Potenzial für den Einsatz im Leichtbau.

Vorteile der automatisierten Pfadgenerierung

Visuelle Prozesssimulation
Eine Softwareplattform
Import aller gängigen CAD-Dateiformate
Kollisionserkennung
Zeitersparnis durch Automatisierung
Offline Simulation
"Sie können Dinge tun, die einzigartig sind und die mit keiner anderen Technik möglich sind"
(Suong Van Hoa, Professor an der Concordia University in Montreal)

Steering

Als Steering wird das Abweichen einer CFK-Bahn von einer Geraden bezeichnet. Die Folge ist das Auftreten von Spannungen in einer Bahn des Kohlenstofffaserverbund-werkstoffes. Diese entstehen durch unterschiedliche Längen der Randkonturen, die an Radien auftreten. In der folgenden Abbildung ist das Steering einer CFK-Bahn veranschaulicht. Die innere Kontur ist kürzer als die äußere. Dadurch entstehen Spannungen in der CFK-Bahn. Steering tritt immer an nicht geodätischen Faserverläufen oder beim Ablegen auf nicht ebenen Flächen auf. 

Gaps/Overlaps

Bei dem Legen der Course (Verbund aus mehreren, gleichzeitig abgelegten CFK-Bahnen) können verschiedene Arten von Lücken, auch Gaps genannt, entstehen. Da die Fläche, auf die die Courses gelegt werden, nicht eben ist, können parallele Gaps zwischen zwei Courses entstehen, die sich nicht schneiden. Beim Schneiden eines Course mit einem anderen, um z.B. innerhalb der maximalen Winkelabweichung zu bleiben, entstehen durch die Geometrie der CFK-Bahnen dreieckige Gaps. Den Gegensatz zu den Gaps bilden die Overlaps, also die Überlagerung der Bahnen.

Ply

Die Strukturbauteile werden aus mehreren Lagen des Werkstoffes hergestellt, welche auch als Plies bezeichnet werden. Eine Lage des CFK-Werkstoffes wird auch Ply genannt.

Staggering

Aufgrund der Richtungsabhängigkeit einer CFK-Schicht werden Bauteile aus Kohlenstofffaserverbund-Kunststoffen aus mehreren Lagen unterschiedlicher Orientierung aufgebaut. Die Anordnung der Lagen gewährleistet die Kraftaufnahme aus verschiedenen Richtungen und macht so den Werkstoff erst einsetzbar.

Das Schichten mehrerer Lagen beziehungsweise Plies wird auch als Staggering bezeichnet.

Materialverschnitt

Durch das Zuschneiden der Faserlagen entstehen hohe Fertigungskosten, da der Materialverschnitt hierbei meist sehr groß ist und somit nur ein kleinerer Teil des ursprünglichen Materials verwendet werden kann. Dieser Verschnitt lässt sich mit der richtigen, auf Sie abgestimmten, Software bestmöglich optimieren, steigert so die Verwendung der vorhandenen Ressourcen und senkt die anfallenden Fertigungskosten.

Duroplast und Thermoplast

Duro- und Thermoplaste sind Kunststoffe. Während Thermoplaste ab einer bestimmten Temperatur wieder verformbar sind, können Duroplaste nach der Aushärtung nur noch spanend bearbeitet werden, wobei die Temperatur zum Aushärten der Duroplaste geringer ist. Thermoplaste sind im Vergleich zu Duroplasten Umweltfreundlicher, da zum einen bei der Fertigung keine Lösungsmittel gebraucht werden und sie zum anderen recyclebar sind.

CFK-Bahngenerierung

Bei der SWMS konzentrieren wir uns auf die individuelle Entwicklung im Bereich Automated Composites Manufacturing. Wir entwickeln Software nach Anforderungen, damit Sie als unser Kunde das beste Ergebnis und die noch bessere Betreuung erhalten.

Sprechen Sie mit uns über Ihre Idee und das Projekt. Gemeinsam finden wir einen Weg zu erfolgreichen Umsetzung.

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Marc Loegel

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