Automated Fiber Placement


Klaus Heller, M.Sc.

Teamleiter

Tel. Büro: +49 (89) 289 - 10310
E-Mail: heller@lcc.mw.tum.de

Abbildung 1: Bauteilfertigung mit einer Fiber-Placement-Anlage für Prepreg-Material

Automated Fiber Placement (AFP) ist ein vollautomatisierter Fertigungsprozess für Composite-Bauteile. Robotergeführt werden faserverstärkte Kunststoffbänder unter Anwendung von Druck und Temperatur entlang eines vorgegebenen Pfads auf der dreidimensionalen Werkzeugoberfläche abgelegt. Am LCC untersuchen wir an unseren AFP-Anlagen experimentell das Zusammenspiel aller Prozesseinflüsse und gleichen die Ergebnisse mit der Simulation ab. Ziel ist die Optimierung des Prozesses für das Erreichen definierter Bauteilqualität.

Abbildung 2: Schematische Darstellung der Einflussparameter beim Fiber Placement

Prozess

Haupteinflussgrößen im AFP-Prozess sind Andruckkraft, Legegeschwindigkeit und Prozesstemperatur. Wir unter- suchen detailliert das Zusammenspiel dieser Parameter mit dem verwendeten Material - duroplastisch, thermoplastisch oder trocken - und der Ablegegeometrie. Besonders an- spruchsvoll ist das thermoplastische „in-situ“ Fiber Placement, bei dem der Aufbau des Laminats und dessen Konsolidierung parallel erfolgen.

Abbildung 3: Darstellung der Temperaturverteilung im Prozess

Materialeigenschaften

Die Klebrigkeit der Bänder, der Tack, der hauptsächlich von der Prozesstemperatur abhängt, beeinflusst stark das Ablegeverhalten. Experimentell untersuchen wir, wie sich die Interaktion von Prozessgrößen, Werkzeugmaterial und -oberfläche auf diesen Materialparameter auswirkt. Für die Vorhersage von Ablegeeffekten und zur Bestimmung von Eingabewerten für simulative Untersuchungen werden unsere AFP-Materialien in enger Zusammenarbeit mit der Prüftechnik charakterisiert.

Ablegeeffekte

Typische Ablegeeffekte sind Überlappungen bzw. Lücken, “Bridging” und Welligkeiten des abgelegten Materials. Neben der Bewertung ihres Einflusses auf spätere mechanische Eigenschaften des Bauteils liegt ein weiterer Schwerpunkt auf der material- und prozessabhängigen Voraussage dieser Effekte.

Bauteile

Der AFP-Prozess wird im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte zur Bauteilherstellung verwendet. Erkenntnisse aus Untersuchungen von Prozess und Material finden direkte Anwendung am realen Bauteil. Ein aktuelles Beispiel ist das in-situ-Fügen von thermoplastischen Faserverbund-Profilen mit abgelegten Deckschichten zur Herstellung einer Helikoptertür.