{"id":18846,"date":"2020-01-30T14:04:12","date_gmt":"2020-01-30T13:04:12","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=18846"},"modified":"2020-01-30T14:04:12","modified_gmt":"2020-01-30T13:04:12","slug":"laser-meets-textiltechnik-mit-ultrakurzpulslaser-und-roboter-zur-schnelleren-cfk-fertigung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=18846","title":{"rendered":"Laser meets Textiltechnik \u2013 Mit Ultrakurzpulslaser und Roboter zur schnelleren CFK-Fertigung"},"content":{"rendered":"
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Die Montage von CFK-Bauteilen erfolgt in der Regel unter Verwendung von Verbindungselementen, die in das ausgeh\u00e4rtete und anschlie\u00dfend gebohrte CFK-Bauteil eingeklebt werden. Einen neuen Weg ging das Konsortium des Projekts CarboLase: Mit einem Ultrakurzpulslaser werden bereits in den textilen Preform mikrometergenaue L\u00f6cher gebohrt und dieser mit Verbindungselementen versehen. Anschlie\u00dfend wird das CFK-Bauteil ausgeh\u00e4rtet \u2013 das spart Zeit! Daf\u00fcr wurde das Team 2019 mit dem renommierten CAMX-Award in der Kategorie \u00bbCombined Strength\u00ab ausgezeichnet.<\/b><\/p>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Faserverbund-Kunststoffe (FVK) sind die Allesk\u00f6nner unter den Konstruktionswerkstoffen. Sie vereinen die positiven mechanischen Eigenschaften ihrer Ausgangsmaterialien \u2013 hochfeste Fasern und eine robuste Kunststoff-Matrix \u2013 zu einem Verbund mit hohen Festig- und Steifigkeiten bei geringer Dichte. Doch wieso haben sich FVK in Zeiten wachsender Bedeutung von Energie- und Ressourceneffizienz noch nicht vollst\u00e4ndig durchgesetzt? Noch ist die Herstellung teuer. Zudem sind die Bauteile meist schwierig zu be- und verarbeiten.<\/p>\n

Projekt CarboLase: neue Generation der FVK-Bauteilfertigung<\/h4>\n

Im M\u00e4rz 2017 startete das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Lasertechnik ILT gemeinsam mit vier Projektpartnern aus Forschung und Industrie das Projekt \u00bbCarboLase \u2013 Hochproduktive, automatisierte und ma\u00dfgeschneiderte Just-in-Time FVK-Bauteilfertigung\u00ab. Der Europ\u00e4ische Fonds f\u00fcr regionale Entwicklung (EFRE) f\u00f6rderte das Projekt mit dem Ziel, die Technologief\u00fchrerschaft der beteiligten KMUs aus NRW und die langfristige nationale und internationale Wettbewerbsf\u00e4higkeit zu steigern. Dieses wurde erreicht, indem die Prozesskette der FVK-Herstellung vereinfacht und die Kosten reduziert wurden.<\/p>\n

Normalerweise werden zur Montage von carbonfaserverst\u00e4rkten Kunststoff-Elementen (CFK) in konventionelle Bauteile L\u00f6cher in die fertigen CFK-Module gebohrt und in diese wiederum metallische Verbindungselemente \u2013 z. B. Inserts mit Innengewinden \u2013 eingeklebt. Damit Bauteile durch Leichtbauelemente ersetzt werden k\u00f6nnen, m\u00fcssen die Verbindungen zwischen FVK- und konventionellem Bauteil l\u00f6sbar und sicher sein.<\/p>\n

Im CarboLase-Projekt wurde ein anderer Denkansatz verfolgt: Hier integrieren die Experten die Verbindungselemente bereits in die textilen Vorformlinge, die sog. Preforms. Erst danach wird durch ein gemeinsames Aush\u00e4rten das finale CFK-Bauteil geschaffen. Dadurch k\u00f6nnen Fertigungsprozessketten deutlich verk\u00fcrzt werden. Allerdings sind f\u00fcr diese Fertigungsart hochpr\u00e4zise Aussparungen im Textil erforderlich.<\/p>\n

Preisgekr\u00f6nte Dreiercombo \u2013 CAMX-Award f\u00fcr CarboLase-Partner<\/h4>\n

Ein Trio aus CNC-Zuschnitt, Laserbearbeitung und automatischem Handling ist die L\u00f6sung f\u00fcr eine FVK-Bauteilfertigung, die allen Anspr\u00fcchen gerecht wird. Die Technologien der einzelnen Prozessschritte werden in eine Roboterzelle integriert und die dazwischenliegenden Teilprozesse automatisiert. Zuerst wird der Preform durch Zuschneiden, Stapeln und F\u00fcgen der Textilien hergestellt. Anschlie\u00dfend werden mit einem Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser) passgenaue Aussparungen in die Preforms gebohrt und in diese die metallischen Inserts eingebracht.<\/p>\n

Damit der UKP-Laser eine erfolgreiche Alternative f\u00fcr die konventionelle Fertigung ist, bedarf es der Integration des Lasers in die Roboterzelle. Klassisch werden ultrakurze Pulse \u00fcber Spiegel geleitet, was an einem Roboterarm aber kaum m\u00f6glich ist. Daher haben die Experten des Fraunhofer ILT gemeinsam mit denen der AMPHOS GmbH eine neuartige Systemtechnik zur Ein- und Auskopplung der UKP-Laserstrahlung entwickelt. Die Verbindung der UKP-Laserstrahlquelle mit dem Scanner am Roboter wird \u00fcber eine Hohlkernfaser (hollow core) realisiert.<\/p>\n

Auf der \u00bbComposites and Advanced Materials Expo\u00ab in Anaheim, Kalifornien, USA, gewann das CarboLase-Konsortium am 26. September 2019 den renommierten CAMX-Award in der Kategorie \u00bbCombined Strength\u00ab. Mit den CAMX-Awards werden Innovationen ausgezeichnet, die einen erheblichen Einfluss auf den Bereich der Verbundwerkstoffe haben werden. Ausschlaggebend f\u00fcr die Auszeichnung war die Integration des Lasers an den Anfang der Prozesskette und die damit einhergehende Reduktion an zeit- und kostenintensiven Folgeprozessschritten.<\/p>\n

Erfolgreich umgesetzt<\/h4>\n

Das entwickelte Verfahren wurde bereits erfolgreich erprobt und die technische Machbarkeit bewiesen: Die Projektpartner fertigten dabei einen Demonstrator f\u00fcr ein B-S\u00e4ulenelement, der anschlie\u00dfend einer gr\u00fcndlichen mechanischen Pr\u00fcfung unterzogen wurde. Sowohl in Auszug- als auch in den Torsionsversuchen schnitten die mit dem CarboLase-Verfahren gefertigten F\u00fcgestellen besser ab als die von konventionell gefertigten Faserverbundbauteilen. Die formschl\u00fcssig mit dem Matrixwerkstoff verbundenen Inserts erzielen eine um bis zu 50 Prozent h\u00f6here maximale Auszugkraft gegen\u00fcber konventionell gefertigten Bauteilen mit eingeklebten Inserts. Durch die erh\u00f6hten mechanischen Kennwerte kann je nach Bauteildesign die Gesamtdicke und damit das Gesamtgewicht reduziert werden.<\/p>\n

Der Prozess bietet gro\u00dfe Designfreiheit: Die Verbindungsstellen lassen sich in ihrer Lage und Gr\u00f6\u00dfe beliebig festgelegen. Roboter und Scanner k\u00f6nnen sich deutlich freier auf der Meter- und Mikrometerebene bewegen als statische mechanische Bearbeitungszentren. Eine effiziente Mass Customization der CFK-Bauteile ist damit \u00fcber den Stand der Technik hinaus m\u00f6glich. Das dynamische UKP-Laserbohrverfahren ist insbesondere f\u00fcr Leichtbauteile aus dem Luftfahrt- und dem Automobilbereich interessant und kann einen Beitrag zu Material- und Kosteneinsparungen bei der Herstellung von CFK-Bauteile leisten.<\/p>\n

Forschung mit Blick auf die Industrie<\/h4>\n

Im Bereich der UKP-Lasertechnik kooperierte das Fraunhofer ILT in CarboLase mit der AMPHOS GmbH. Die LUNOVU GmbH begleitete als Systemintegrator die Vernetzung einzelner Prozessschritte und realisierte die Integration der Sensorik in die Roboterzelle am Institut f\u00fcr Textiltechnik (ITA) an der RWTH Aachen University. KOHLHAGE Fasteners GmbH & Co. KG erarbeitete die automatisierte Bereitstellung und Integration der Krafteinleitungselemente und das ITA \u00fcbernahm schlie\u00dflich die Umsetzung der automatisierten Prozesskette zur Herstellung der laserbearbeiteten Preforms. Das Projekt wurde vom Europ\u00e4ischen Fonds f\u00fcr regionale Entwicklung (EFRE) mit rund zwei Millionen Euro \u00fcber eine Laufzeit von 2,5 Jahren gef\u00f6rdert.<\/p>\n

Die Ergebnisse des CarboLase-Projekts werden auf der JEC World 2020 vom 3. bis 5.\u00a0M\u00e4rz 2020 in Paris auf dem AZL-Gemeinschaftsstand (Halle 5A, Stand L97) gezeigt.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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