KUKA hanterar fiberförstärkta komponenter hos DLR

CFK Nord i Stade uppstod som ett toppmodernt och företagsövergripande forskningscentrum för tillverkning av komponenter av kolfiberförstärkt plast. En av användarna är det tyska centret för luft- och rymdfart (DLR). Tillsammans med KUKA utvecklade DLR en automatiserad produktionsanläggning för forskningssyften.

Utg?ngssituationen

Det tyska centret f?r luft- och rymdfart (DLR) har satt upp ett m?l om att utveckla effektiva produktionstekniker f?r komponenter av kolfiberf?rst?rkt plast. P? en 45 meter l?ng produktionsv?g skapas komponenter av kolfiberf?rst?rkt plast (t.ex. spant) med fullst?ndig automatisering. Tillverkningen av komponenter f?r ett flygplan av kolfiberf?rst?rkt plast ?r i dagsl?get mycket dyr och kr?ver en hel del manuellt arbete. Som renodlad forskningsanl?ggning avser DLR att ?ndra p? detta inf?r framtida flygplansgenerationer.?

Kolfiberf?rst?rkt plast ?r l?tt och stabil, men flygplansbyggarnas h?ga krav uppn?s inte f?rr?n hela processen och d?rmed ?ven kvaliteten g?r att reproducera. I motsats till aluminium kan kolfiberf?rst?rkt plast vara av v?ldigt varierande kvalitet, t.ex. om fibrernas riktningar inte ?r optimala eller om det tr?nger in fukt i f?reningen p? grund av sk?rkanter. Eventuella mekaniska skador g?r heller inte att uppt?cka p? materialet utifr?n. D?rf?r ?r det viktigt att st?rsta m?jliga noggrannhet r?der vid tillverkningen.

Uppgiften

P? f?rs?ksanl?ggningen tillverkas volymkomponenter med n?ra f?rdig form som spant, vilka anv?nds f?r att stabilisera flygplanskroppen inifr?n.?H?r handlar det om en automatisk tillverkning av den textila f?rformen (preform) samt dess kantrensk?rning och senare doppning i flytande epoxiharts. I en f?rlagrad process lindas de olika fiberr?materialen upp fr?n rullar och f?rkonfektioneras med en sk?rare (med driven rullkniv). Sedan lagras r?styckena i motsvarande l?dor i ett beh?llarsystem fram till att de anv?nds. Under hela projektet var sensoriken en speciell utmatning, eftersom det bara g?r att s?kerst?lla ?nskad produktkvalitet n?r l?get och fibervinkeln ?verensst?mde exakt med de f?reskrivna v?rdena. Med hj?lp av en integrerad virvelstr?mssensor visualiseras och utv?rderas fibervinkelf?rloppet. Sammanlagt best?r de aktuella slutkomponenterna i denna forskningsanl?ggning av upp till 26 lager karbonfiber.

Sammanlagt består slutkomponenterna av upp till 26 lager karbonfiber.

Anl?ggningen m?ste vara flexibel, d? den ska anv?ndas f?r forsknings?ndam?l och inte n?gon serietillverkning. Det var av stor betydelse att vara st?rsta m?jlighet frihet f?r sj?lva anl?ggningskonceptet och f?r programmeringen. Verktygsbytet m?ste fungera snabbt och enkelt och ?ven robotprogrammeringen m?ste vara intuitiv. Efter en kort inl?rningsfas ska studenterna vara kapabla att f?rverkliga nya uppgifter/produkter p? anl?ggningen. Detta ?r viktigt ?ven f?r den praktiska till?mpningen, eftersom ett medelstort trafikflygplan har ca 140 spantelement som allihop ser olika ut.

L?sningen

Automatiseringen fr?n KUKA ?r en draperingsrobot som l?ser ett 2D-snitt och omvandlar det till ?nskad 3D-kontur. Till sin hj?lp har den en gripare som alltid tar upp ett snitt ?t g?ngen. Snittens l?ge sparas och registreras av ett bildbehandlingsprogram. Efter omformningen l?gger draperingsroboten de f?rformade styckena p? konsolideringsstationens verktyg. Verktyget ?r konturfr?st av aluminium och sitter fast p? en underkonstruktion som har ett gr?nssnitt till konsolideringsstationens skjutbord. Konsolideringsstationen best?r av en membranpress med r?rligt pressbord. F?rformen v?rms upp och det pulverbaserade bindemedlet p? textilen sm?lts med en infrar?d str?le f?r att lagren ska stabiliseras.

Det pulverbaserade bindemedlet på textilen smälts med en infraröd stråle för att lagren ska stabiliseras

Efter detta formgivande arbetssteg placeras den konsoliderade f?rformen i den efterf?ljande finkantrensk?rningsstationens verktyg av sammans?ttningsroboten. Sammans?ttningsroboten f?rflyttar sig l?ngs med en h?gt placerad linj?raxel, vilket ger maximal r?relsefrihet i produktionshallen. Roboten f?rbinder de enskilda processtationerna, banprogrammeringen av motsvarande robot offline p? grundval av komponentens CAD-data och banprogrammeringsmjukvaran fastCURVE fr?n Cenit. Via ett motsvarande gr?nssnitt m?jligg?r styrningen Reis ROBOTstarV en smidig och mycket exakt bana, eftersom den inte bara l?rs in ”kantigt” fr?n punkt till punkt. P? s? s?tt kan en programmerad bana f?rskjutas en aning i efterhand.
Banprogrammeringen av motsvarande robot sker offline p? grundval av komponentens CAD-data och banprogrammeringsmjukvaran. Via ett motsvarande gr?nssnitt m?jligg?r styrningen KRC ROBOTstar en smidig och mycket exakt bana. P? s? s?tt kan en programmerad bana f?rskjutas en aning i efterhand.?Tack vare det optimala valet av snittverktyg g?r det att sk?ra med en ultraljudskniv med mycket h?g precision, utan p?verkan fr?n intilliggande material.

Redan efter några få samtal insåg vi att det Obernburg-baserade företaget hade projekterat automatiseringar för sådana volymkomponenter mer än en gång. Projektledarna kunde ta hänsyn till de olika aspekterna av förformningsprocessen var för sig och med hjälp av standardkomponenter presentera ett övertygande koncept.

Sven Torstrick, projektledare på centret för lättviktsproduktionsteknik på DLR

Griparteknik för hantering av komponenter av kolfiberförstärkt plast

KUKA systempartner finns ?ver hela v?rlden

H?r hittar du r?tt partner f?r din bransch eller ditt problem.