Fraunhofer IPT: Augmented-Reality-System erleichtert die manuelle Herstellung von Produkten aus Faserverbundmaterialien

Das Fraunhofer IPT hat eine Software für marktübliche Smart Glasses entwickelt, die die exakte Ablage der Faserhalbzeuge direkt auf dem Bauteil virtuell sichtbar macht - (Bild: Fraunhofer IPT).

Die Herstellung von Produkten aus Faserverbundkunststoffen (FVK) umfasst heute oft noch viele manuelle Arbeitsschritte: Position und Orientierung der Faserhalbzeuge müssen von Hand exakt ausgerichtet werden, damit das Produkt nach dem Laminieren und Aushärten die gewünschte Stabilität und Flexibilität erhält. Nur so kann der Anwender die Vorteile des Materialverbunds am Ende voll ausschöpfen. Zur Unterstützung des manuellen Ablegeverfahrens, des sogenannten Preformings, hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen eine intuitiv zu bedienende Software für marktübliche Augmented-Reality-Brillen entwickelt: Das System gibt die korrekte Ablage der Faserhalbzeuge als virtuelle Darstellung auf der Werkzeugform vor und soll damit die Qualität und Leistungsfähigkeit der Produktionsprozesse deutlich verbessern können.

Für das Drapieren von Faserhalbzeugen zur Bauteilherstellung und -reparatur werden Informationen über die Position und Orientierung der Faserschichten bisher in sogenannten Plybooks bereitgestellt: Kleine und mittlere Unternehmen arbeiten häufig noch mit Anweisungen in Papierform und sind in hohem Maße auf die Erfahrung des ausführenden Mitarbeiters angewiesen. Größere Unternehmen, beispielsweise in der Luftfahrtindustrie, setzen bereits auf Laserprojektionssysteme, mit denen die Halbzeugposition auf die Werkzeugform projiziert wird. Diese ermöglichen es auch weniger geübten Personen, die Halbzeuge passend zu positionieren. Solche unterstützenden Systeme gelten jedoch als vergleichsweise teuer und unflexibel in der Anwendung.

Digitale Anleitung und Dokumentation direkt am Bauteil
Im Fraunhofer-Forschungsprojekt "Smart-Lay-Up!" hat das Fraunhofer IPT nun eine Alternative zu diesen beiden Arbeitshilfen entwickelt: eine Software, die unter Einsatz marktüblicher Smart Glasses die exakte Ausrichtung und Positionierung der Halbzeuge direkt auf dem Bauteil sichtbar machen soll. Das Zuschneiden der Halbzeuge werde ebenfalls durch Projektion von Sollkonturen unterstützt. Das kostengünstige System sei gegenüber den konventionellen Vorgehensweisen mit Papier oder laserbasierten Projektionssystemen deutlich flexibler in der Handhabung und außerdem in der Produktionsumgebung beliebig skalierbar, also auch für die Serienfertigung von FVK-Produkten geeignet.

Die Anwendung, die das Fraunhofer IPT entwickelt hat, stelle dem Werker auf der Datenbrille deutlich mehr als nur eine digitale Version des Plybooks bereit: Sie biete ihm darüber hinaus auch eine Augmented-Reality-Umgebung, in der die Informationen zur Ausrichtung der reinen Faserschichten oder vorimprägnierten Faserprepregs direkt über das vor ihm liegende Bauteil gelegt werden. Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung führt ihn durch den Preforming-Prozess und dokumentiert währenddessen auf Wunsch die Arbeiten zum Zweck der Qualitätssicherung.

Die Software kann als App einfach auf Datenbrillen mit Android-Betriebssystem installiert und für die jeweilige Laminieraufgabe angepasst werden. Unternehmen, die die Technologie ausprobieren und einsetzen möchten, können die App ab sofort im Rahmen einer Machbarkeitsstudie mit eigenen Mitarbeitern in der Produktion testen und dabei individuelle Bedarfe mit Mitarbeitern des Fraunhofer IPT diskutieren.

Kostengünstiges System für Hersteller individueller Leichtbauprodukte
Die Aachener Forscher prognostizieren, dass sich durch die neue Technologie die Genauigkeit der Verarbeitung von Bauteilen aus faserverstärkten Hochleistungswerkstoffen verbessern kann. Dadurch, dass die Prozesse nun leichter nachvollziehbar würden, soll sich die Fehlerrate senken lassen - bei gleichzeitig oft deutlich kürzeren Prozesszeiten. Die Anschaffung des Brillensystems, das weniger als ein Zehntel der Laserprojektionssysteme koste, werde damit auch für kleine und mittlere Unternehmen erschwinglich und könne in Märkten wie der Medizintechnik, dem Bootsbau, dem Maschinenbau, aber auch bei der Herstellung gehobener Consumer-Produkte aus FVK-Leichtbaumaterialien zu spürbaren Produktivitätsverbesserungen führen.

Während der JEC Composites World 2020 stellen die Forscher des Fraunhofer IPT ein Beispielsystem aus einer Microsoft HoloLens mit der neu entwickelten Software an einem Prüfstand zum Handlaminieren vor.

JEC World 2020, 12.-14. Mai 2020, Paris, Frankreich, Halle 5, Stand L07

Weitere Informationen: www.ipt.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen

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