iComposite 4.0: Selbstregulierende Fertigung von FVK-Bauteilen - Gemeinschaftsprojekt von IKV und AZL untersucht Produktivitätssteigerung mithilfe von Industrie 4.0

Intelligentes und selbstregulierendes Produktionssystem - (Bilder: IKV, AZL, Apodius, Schuler).

Während des Internationalen Kolloquiums Kunststofftechnik des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV) wird mit „iComposite 4.0“ ein Projekt vorgestellt, das eine enorme Produktivitätssteigerung bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen und eine Kosteneinsparung von bis zu 50 Prozent erreichen kann. Schlüssel zum Erfolg sind dabei der Paradigmenwechsel von einer toleranzgesteuerten Fertigung zu einer auf Selbstregulation der Produktfunktion ausgerichteten Fertigung sowie die Kombination einer ausschuss- und verschnittfreien Bauteilfertigung.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojekts iComposite 4.0 beschäftigen sich zwei Aachener Forschungsteams vom Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen und vom Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL) gemeinsam mit der wirtschaftlichen Großserienfertigung von FVK-Bauteilen. Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind aufgrund ihrer sehr guten gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften von hohem Interesse für den Einsatz in Leichtbauanwendungen der Automobilindustrie sowie der Luftfahrt. Jedoch dominieren bisher komplexe und kostenintensive Fertigungsverfahren die Bauteilherstellung, welche von einem geringen Automatisierungsgrad, ineffizientem Materialeinsatz durch Verschnitt und hohen Ausschussraten und somit hohen Bauteilkosten geprägt ist. Dies wiederum bedeutet ein hohes Potenzial für Produktivitätssteigerungen, die im Sinne von Industrie 4.0 mit der Digitalisierung der Produktion und der Vernetzung von Produktionsmaschinen zu erreichen sind. Und genau das ist das Ziel von iComposite 4.0. Das Projekt verfolgt den Ansatz, ein intelligentes und selbstregulierendes Produktionssystem für die wirtschaftliche Großserienfertigung von FVK-Bauteilen aufzubauen.

Die Basis für dieses ressourceneffiziente Produktionssystem bildet der am IKV entwickelte 3D-Faserspritzprozess. Hierbei werden Faserrovings automatisch und mit hohem Massedurchsatz auf eine gewünschte Faserlänge geschnitten und orientiert auf ein komplexes Ablagewerkzeug appliziert. Damit bietet das Verfahren die Möglichkeit hochproduktiv einen Preform ohne Verschnitt teurer Faserhalbzeuge und aufwändiger Drapiervorgänge endkonturnah und unter Einbeziehung der Lastpfade des Bauteils herzustellen. Jedoch können während des Preformingprozesses verfahrensbedingte Schwankungen in der Faserorientierung sowie dem Faserflächengewicht auftreten, die Schwankungen in den mechanischen Bauteileigenschaften verursachen. Damit das 3D-Faserspritzverfahren trotz dieser Schwankungen effektiv für die Serienproduktion eingesetzt werden kann, wird es im Rahmen von iComposite 4.0 in ein selbstreguliertes Produktionssystem integriert. Durch Inline-Überwachung der Schwankungen in Bezug auf Faserorientierung und Faserverteilung in jedem Preform erfolgt ein gezielter Ausgleich dieser mit Endlosfasereinlegern, sodass trotz individueller Halbzeugeigenschaften nach der auf den jeweiligen Preform maßgeschneiderten Imprägnierung im Resin-Transfer-Moulding-Verfahren ein qualitätsgesichertes Bauteil mit konstanten mechanischen Eigenschaften entsteht.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

29. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 28.02.-01.03.2018, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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