Kombination von Automated Fibre Placement (AFP) und Additive Layer Manufacturing (ALM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Sinapius
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393105855

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Zunächst wurden der aktuelle Forschungsstand zu APF-Prozessen und die Herausforderungen hinsichtlich der Erzielung optimaler Ergebnisse erläutert. Durch verschiedene Untersuchungen konnte aufgezeigt werden, dass durch die in-situ-Konsolidierung des AFP-Prozesses eine hohe Qualität der FVK-Bauteile mit höherer Wiederholgenauigkeit auch in Serie erreicht werden kann. Die Qualität des Laminats und die Wiederholbarkeit bleiben allerdings nicht konstant, wenn die Auflagefläche gekrümmt bzw. doppelt gekrümmt ist. Diese Herausforderung und weitere Einschränkungen des Verfahrens zur Herstellung eines FVK- Bauteils wurden ausführlich beschrieben. Als potenzielle Lösung wurde eine neue Fertigungsmethode konzipiert. Bei dieser Methode werden Lücken - als unvermeidliche Ablegeeffekte auf doppelt gekrümmter Oberfläche - mithilfe eines optischen Sensors erfasst. Durch die Bearbeitung der Lückendatei können die gleichen Materialien mit einem 3D-Drucker in die Lücken eingebracht werden. Diese Hypothese wird mit der vorliegenden Arbeit erstmals durch experimentelle Untersuchungen mit einem Heizpressenprozess nachgewissen. Die Ergebnisse verdeutlichen, wie gut der AFP/ALM-Prozess die mechanischen Eigenschaften von FVK-Laminaten verbessern kann. Abschließend sind alle Erkenntnisse aus dem Konstruktionsprozess, den Ablege/Druckversuchen und den erreichten mechanischen und Oberflächeneigenschaften in der Form von Grundsätzen und Richtlinien für kombinierte AFP/ALM-Prozesse mit den dafür erforderlichen Ablageköpfen zusammengefasst. Prinzipien der Steuerung, der Lückenerkennung und der Online-Bahnsteuerung abhängig von 6-Achsen- Robotern sind dargestellt. Abschließend sind alle Einheiten und die Regelung und Steuerung sowie die Kommunikationssysteme im Detail dokumentiert.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2018): A Novel Approach: Combination of Automated Fiber Placement (AFP) and Additive Layer Manufacturing (ALM), Journal of Composites Science
  Mohammad Bahar, Michael Sinapius
  
• (2020): Adaptive feeding roller with an integrated cutting system for Automated Fiber Placement (AFP), 4, 92
  Mohammad Bahar, Michael Sinapius
  
• (2021): A NEAT Based Two Stage Neural Network Approach to Generate a Control Algorithm for a Pultrusion System, AI 2021, 2, 355–365
  Christian Pommer, Michael Sinapius, Marco Brysch and Naser Al Natsheh
  
• Adaptronics – Smart Structures and Materials, Springer, 2021
  Johannes Michael Sinapius
  
• (2022): In Situ Consolidation of Thermoplastic Prepreg by Generating Harmonic Oscillations on the Consolidation Roller, J. Compos. Sci. 2022, 6(1), 1
  Mohammad Bahar, Marco Brysch, Michael Sinapius