KUKA manuseia componentes reforçados com fibras na DLR

O CFK Nord em Stade foi estabelecido como centro de pesquisa altamente moderno e supra-empresarial para a produção de componentes de plástico reforçado com fibra de carbono (PRFC). Um dos usuários é o Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) [Centro Aeroespacial Alemão]. Junto com a KUKA, a DLR desenvolveu uma instalação de produção automatizada para fins de pesquisa.

A situa??o inicial

O Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) [Centro Aeroespacial Alem?o] tem como objetivo desenvolver tecnologias de produ??o eficientes para componentes PRFC. Em uma nova linha de produ??o de 45 metros de comprimento s?o produzidos componentes PRFC – por exemplo, frames aeronáuticos – de forma totalmente automatizada. Produzir componentes de PRFC para avi?es ainda é muito caro e envolve um elevado dispêndio manual. O DLR, como pura institui??o de pesquisa, quer mudar isso para futuras gera??es de avi?es.?

PRFC é leve e estável, porém, os elevados requisitos dos construtores de avi?es somente s?o atingidos se todo o fluxo de processo e, consequentemente, a qualidade, for reproduzível. Pois, ao contrário do alumínio, o PRFC pode ser de qualidade muito variada quando, por exemplo, as fibras n?o estiverem alinhadas de forma ideal ou, devido a arestas de corte, entrar umidade no composto. Além disso, eventuais danos mecanicos no material n?o s?o visíveis de fora. Portanto, é necessária máxima precis?o durante a fabrica??o.

A fun??o

Na instala??o de ensaio s?o produzidos componentes de frames de grande volume com contornos finais semelhantes, que em uma avi?o estabilizam a fuselagem por dentro.?Trata-se da fabrica??o automática dos pré-moldados (preform) têxteis, bem como o seu rebordamento e posterior impregna??o com resina epóxi líquida. Em um processo pré-conectado, as diferentes matérias-primas de fibras necessárias s?o desenroladas dos rolos e pré-confeccionadas com um cutter (com faca rolante acionada). Depois disso, as pe?as brutas ficam armazenadas em gavetas apropriadas de um sistema de armazém até a sua utiliza??o. O sistema de sensores foi um desafio especial em todo o projeto, pois a qualidade de produto desejada somente pode ser assegurada se a posi??o e o angulo das fibras corresponderem exatamente às especifica??es. Com um sistema de sensores de corrente parasita integrado é visualizado e avaliado o avan?o do angulo das fibras. De modo geral, os componentes atualmente fabricados na instala??o de pesquisa consistem em até 26 camadas de fibras de carbono.

De modo geral, os componentes prontos consistem em até 26 camadas de fibras de carbono.

O sistema deve ser flexível, pois trata-se de pedidos de pesquisa e n?o de uma produ??o seriada real. Foi de suma importancia, tanto para o conceito de sistema como também para a programa??o, ter a maior liberdade possível. As trocas de ferramentas devem funcionar de forma rápida e simples, também a programa??o dos rob?s deve ser intuitiva. Os estudantes devem estar em condi??es de realizar novas fun??es/produtos no sistema após uma curta fase de aprendizado. Isso também é relevante no uso prático, pois um avi?o comercial de tamanho médio disp?e de cerca de 140 segmentos de frames, entre os quais praticamente n?o há dois iguais.

A solu??o

A automa??o através da KUKA é um rob? de revestimento (drape robot), que retira um recorte 2D para moldá-lo no contorno 3D desejado. Para isso ele disp?e de uma garra que apanha sempre apenas um recorte. A posi??o dos recortes na área de transferência é registrada através de um sistema de processamento de imagens. Após a conforma??o o rob? de revestimento (drape robot) coloca o pré-moldado na ferramenta da esta??o de consolida??o. A ferramenta é fresada em contorno de alumínio e fixada em uma base, que possui uma interface à mesa deslizante da esta??o de consolida??o. A esta??o de consolida??o consiste em uma prensa de membrana com mesa de prensa móvel. O pré-moldado é aquecido através de radia??o infravermelha e o aglutinante em pó existente no tecido é fundido para estabilizar o laminado.

O laminado é estabilizado através da aplicação de radiação infravermelha para fundir o aglutinante em pó no tecido

Após este passo de trabalho de moldagem o pré-moldado consolidado é transferido pelo rob? de sequenciamento para a ferramenta da próxima esta??o de rebordamento fino. O rob? de sequenciamento move-se ao longo de um eixo linear vertical, de modo que há máxima liberdade de movimento no pavilh?o. O rob? une as respectivas esta??es de processo. A programa??o da trajetória do respectivo rob? ocorre offline com base nos dados CAD do componente e no software de programa??o de trajetória fastCURVE da empresa Cenit. Através de uma interface correspondente a unidade de comando Reis ROBOTstarV possibilita uma trajetória flutuante, muito exata, uma vez que ela n?o é apenas programada como um "polígono", de ponto a ponto. Assim uma trajetória programada também pode ser deslocada posteriormente em um determinado valor.
A programa??o de trajetória do respectivo rob? ocorre offline com base nos dados CAD do componente e um software de programa??o de trajetória. Através de uma interface correspondente a unidade de comando KRC ROBOTstar possibilita uma trajetória flutuante, muito exata. Assim uma trajetória programada também pode ser deslocada posteriormente em um determinado valor.?Através da escolha da ferramenta de corte ideal é possível cortar com muita precis?o com uma faca ultrassom, sem afetar o material em volta.

Depois de apenas alguns diálogos ficou claro para nós que a empresa de Obernburg não era um iniciante na automação de componentes tão volumosos. Os gerentes de projeto estavam em condições de observar aspectos individuais do processo de pré-moldagem de forma muito modular e, com base em componentes padrão, apresentar um conceito coerente.

Sven Torstrick, Gerente de Projeto no Centro de Tecnologia de Produção de Construção Leve no DLR

Tecnologia de garra para o manuseio de componentes PRFC

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