Mit dem Cobot zum Organoblech: Intelligente Produktionstechnologie und Qualitätssicherung zur Herstellung carbonfaserverstärkter Thermoplastbauteile für maßgeschneiderte Luftfahrtstrukturen

Abstract

Die Struktur modernster Twin-Aisle-Flugzeuge wie dem Airbus A350 XWB besteht größtenteils aus carbonfaserverstärkte Kunststoffen (CFK). Thermoplastische Verbundwerkstoffe werden vieltausendfach als Verbindungselemente der Versteifungsstruktur, sogenannte Clips und Cleats, mittels Pressumformung vorkonfektionierter Organobleche hergestellt und verbaut. Etwa die Hälfte des eingesetzten vorkonsolidierter Materials ist dabei Ausschuss. In unserem Vortrag werden wir eine neuartige Fertigungstechnologie für die automatisierte Herstellung von thermoplastischen Organoblechen präsentieren. Mittels eines patentierten Pick-and-Place Endeffektors mit Niederhalter werden zunächst maßgeschneiderte Lagenpakete aus thermoplastischen Prepregs gestapelt und lokal verschweißt. Dadurch lassen sich auch Laminate mit lokalen Aufdickungen herstellen. Der Endeffektor ist an einen Leichtbauroboter vom Typ KUKA LBR iiwa montiert. Dieser sogenannte Cobot wurde explizit für die Mensch-Maschine Kollaboration entworfen und ist prädestiniert für wiederholende Tätigkeiten wie das Preforming, welches bedarfsgerecht durch den Werker ergänzt werden kann. Die Lagenpakete werden anschließend im Umluftofen unter Vakuum konsolidiert. Das entsprechende Verarbeitungsfenster von Konsolidierungszeit und Temperatur wurde in einer umfangreichen Versuchsreihe untersucht. Die Organoblechqualität wird abschließend per wassergekoppelten Ultraschallmessungen überprüft und dokumentiert. Mit dieser Produktionstechnologie ermöglichen wir erhöhte Designfreiheit durch individualisierte Massenfertigung (engl. mass customization), ein besseres Fly-to-Buy ratio durch geringeren Verschnitt, und reduzierten Ausschuss durch Prozessoptimierung und integrierte Qualitätssicherung.