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MoVeTech - Modell-basierte Verarbeitungstechnik zur Herstellung von hochwertigen FKV-Strukturbauteilen für die Luftfahrtindustrie

In MoVeTech wurde das Konzept der modell-basierten Verarbeitungstechnik erstmalig im ARTM-Verfahren implementiert. Dieses Konzept beruht auf der Idee, phänomenologisch basiertes Wissen über maßgebliche Mechanismen (Wärmeleitung und -übergang an Formwerkzeug und Verbundwerkstoff, Fließvorgänge bei der Formfüllung oder reaktionskinetische Aushärtung von Reaktionsharzen) in Form von mathematischen Modellen zu bündeln und auf der Ebene der Prozesssteuerung - unter Einhaltung von Echtzeit-Anforderungen - verfügbar zu machen.

Kurzbeschreibung

Ausgangspunkt / Motivation

Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (FKV) finden zunehmend breite Anwendung für strukturtragende Bauteile. Daraus ergeben sich zunehmend steigende Anforderungen an FKV-Verarbeitungsprozesse hinsichtlich Großserien-Fertigung von Bauteilen mit hohen mechanischen Eigenschaften.

Die klassisch in der Luftfahrt eingesetzten Prepregs, die händisch oder automatisiert abgelegt werden und nach Aufbau der gesamten Bauteilstruktur in einem Autoklavprozess ausgehärtet werden, weisen hier insbesondere aufgrund der Autoklavhärtung deutliche Nachteile auf.

Hohe Faserkompaktierung und lange Fließwege bei der Tränkung von Preform im RTM-Verfahren sind die Ursache für unzureichende Tränkung und hohe Porengehalte im fertigen FKV-Bauteil. Das ARTM-Verfahren umgeht diese Probleme und stellt eine vielversprechende Methode zur Herstellung von qualitativ hochwertigen FKV-Bauteilen für Großserien-Anwendungen dar.

Ziele

  • Implementierung des Konzepts der modell-basierten Verarbeitungstechnik zur Herstellung qualitativ hochwertiger FKV-Strukturbauteile
  • Vollautomatisierte Bauteilfertigung durch Kopplung instrumentierter Werkzeuge mit intelligenter Anlagentechnik auf Basis cyber-physikalischer Ansätze
  • Verifizierung der Eignung dieses Konzepts am Beispiel einer gegebenen Flugzeugkomponente

Inhalt

Zum aktuellen Stand der Technik ist kein Ansatz bekannt, um die Vielzahl an variablen Prozessparameter in der KFV-Verarbeitung zuverlässig und automatisiert zu berücksichtigen oder sogar aktiv in die Prozessführung zu integrieren. Dieser Umstand trägt dazu bei, dass die Serienfertigung von FKV-Bauteilen heute vergleichsweise hohe Ausschussraten aufweist. Insbesondere vor dem Hintergrund zunehmend hoher Anforderungen an Prozesssicherheit, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte besteht Optimierungsbedarf sowohl in technischer wie auch in ökonomischer Hinsicht.

Methodik / Vorgehensweise

In MoVeTech wurde das Konzept der modell-basierten Verarbeitungstechnik erstmalig im ARTM-Verfahren implementiert und dessen Eignung zur Ausschöpfung von bislang noch nicht genutzten technischen und ökonomischen Potenzialen untersucht.

Zu diesem Zweck müssen die einzusetzenden Modelle zunächst ausgewählt und parametriert werden. Außerdem müssen Ansätze zur effizienten analytischen oder numerischen Lösung dieser Modelle entwickelt werden.

Schließlich sind diese Implementierungen der Prozesssteuerung über geeignete Hardware-Komponenten sowie Hard- und Software-Schnittstellen zugänglich zu machen, wobei insbesondere hier auf die Einhaltung von Echtzeit-Anforderungen Rücksicht zu nehmen ist.

Ergebnisse zu Projektende

Im laufenden Prozess können die nunmehr auf Prozesssteuerungsebene verfügbaren Modelle laufend mit Daten gespeist werden, die über Sensoren an der verarbeitenden Maschine, dem Formwerkzeug oder auch direkt im Verbundwerkstoff aufgenommen werden. Damit wird einerseits eine kontinuierliche Überwachung der verarbeitenden Maschine selbst als auch der zu verarbeitenden Werkstoffe möglich und andererseits kann aktiv in die Prozessführung eingegriffen werden um dauerhaft optimale Verarbeitungsbedingungen einzustellen.

Projektbeteiligte

Förderprogramm: TAKE OFF