Die Composite-Industrie hat in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte in der Automatisierungstechnik erfahren. Allerdings liegt das Niveau der Prozesskontrolle – und damit der Qualitätskontrolle – beim Faser Lay-up noch weit hinter dem anderer Materialien zurück. Für aktuell hochentwickelte Technologien wie AFP wird die visuelle, prozessintegrierte Kontrolle des Eingangsmaterials erst jetzt implementiert. Selbstkorrigierende Messsysteme für nicht spezifiziertes Eingangsmaterial sind nur sehr schwer zu implementieren, und die Platzierungsgenauigkeit der Faserbänder muss üblicherweise individuell überprüft werden. Composites-Hersteller sind vermehrt auf der Suche nach Automatisierungslösungen, die mit einer integrierten, intelligenten Prozesssteuerung die Bauteilqualität und Zuverlässigkeit des Produktionssystems sicherstellen.

Das Faserpatch-basierte Lay-up eröffnet eine neue Dimension der selbstkorrigierenden Prozesskontrolle durch die Diskretisierung des Prozesses, sprich die Ablage des Fasermaterials in Form von diskreten Elementen, den sogenannten Patches. Die individuelle, additive Platzierung der Patches, die nach Bauteilgröße und -komplexität angepasst sind, ist das Kernprinzip der Fiber Patch Placement (FPP) Technologie. Sie ermöglicht die individuelle Kontrolle jedes einzelnen Patches.

Die Fiber Patch Placement Systeme von Cevotec verfügen über hochentwickelte Prozessüberwachungs- und Kontrollfunktionen, die in drei Hauptfunktionsgruppen unterteilt sind. Die erste dieser Gruppen ist für die aktive, prozessbegleitende Qualitätskontrolle durch selbstkorrigierende Algorithmen verantwortlich und besteht aus zwei visuellen Inspektionseinheiten. Die erst Einheit identifiziert die Qualität jedes aus dem Eingangsmaterial geschnittenen Patches, indem sie den Patch auf korrekte Dimensionierung und eventuelle Faserfehler wie Lücken oder Welligkeit prüft. Patches, die den vordefinierten, quantitativen Qualitätsgrenzwerten entsprechen, werden weiterverarbeitet, nicht-konforme Patches hingegen aussortiert. Die zweite Inspektionseinheit identifiziert die relative Position des Patches nach der Aufnahme durch den Greifer. Weichen Position und Ausrichtung von der Sollposition im Roboterkoordinatensystem ab, wird dies erkannt und im laufenden Lay-up-Prozess korrigiert. In Kombination mit der integrierten Qualitätskontrolle stellt das System damit sicher, dass nur 100% spezifikationsgerechtes Material exakt auf der vorgesehenen Position platziert wird.

Die zweite Funktionsgruppe der Prozessüberwachung ist für die vorausschauende Instandhaltung zuständig. Spannungssensoren im Hauptantriebsriemen des Materialzuführungsmoduls informieren den Maschinenführer frühzeitig darüber, wann eine Wartung erforderlich ist. Ebenso können Kraft-Drehmomentsensoren zwischen dem Greifer und dem Arm des Pick-and-Place-Roboters die Elastizität des Schaum-Parts des Greifers berechnen und so erkennen, wann dieser das Ende seiner Betriebslebensdauer erreicht hat. Diese vorausschauende Kontrolle stellt ein ausreichend großes Zeitfenster sicher, um die Wartung mit geringstmöglichen Auswirkungen auf die Produktion zu planen und durchzuführen.

Die dritte Funktionsgruppe sammelt für jeden abgelegten Patch relevante Daten über wichtige Prozessparameter wie die Temperatur der Schneideinheit, Patch-Temperatur, Temperatur und Feuchtigkeit der Produktionszelle, Ablegedruck jedes Patches, und weitere. Die Analyse dieser Daten ermöglicht wichtige Erkenntnisse über Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit. Die Korrelation der Daten mit der tatsächlichen Lay-up Qualität ermöglicht es den Ingenieuren, Prozessparameter in Echtzeit einzustellen und anzupassen – und letztlich die Bauteilqualität durch die Kontrolle der Prozessparameter sicherzustellen.

Diese fortschrittlichen Prozesskontrollen werden vornehmlich durch die Diskretisierung des Faser-Lay-up-Prozesses möglich. Somit können Hersteller mit der Fiber Patch Placement Technologie nicht nur die Qualität ihrer Bauteile, sondern auch die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Anlagen zu verbessern.

Über Cevotec:

Cevotec ermöglicht es Herstellern, komplexe Faserverbund-Bauteile in hoher Stückzahl und Qualität zu fertigen – durch intelligente Prozessautomation auf Basis der Fiber Patch Placement Technologie. Mit SAMBA Series bietet Cevotec eine individuell konfigurierbare Automatisierungsplattform für eine automatisierte Faserablage an, die besonders für anspruchsvolle 3D-Geometrien und multimateriale Laminate mit komplexer Faserarchitektur geeignet ist. ARTIST STUDIO ist die zugehörige CAE-Software zur Laminaterstellung und automatisierten Roboterprogrammierung. Neben Entwicklungsdienstleistungen, die FE-basierte Modellierung und Simulation beinhalten, bietet Cevotec die komplette Prozesskette vom digitalen Design bis zum fertigen Faserbauteil an.