Sensorintegriertes Multifunktionswerkzeug zur Prozessoptimierung (SiMP) im Verbundvorhaben "iFeZ" - Intelligentes Formwerkzeug der Zukunft

Kurzfassung

Im Rahmen des Vorhabens "iFeZ - Intelligentes Formwerkzeug der Zukunft" widmete sich das DLR vor dem Hintergrund einer erfahrungsbasierten Fertigung von FVK-Luftfahrtbauteilen mit einem hohen Anteil manueller und damit variierender Prozessschritte der Umsetzung eines sensorintegrierten und multifunktionalen Formwerkzeuges innerhalb einer intelligent vernetzten Produktionsumgebung zur aktiven Prozessgestaltung mit dem Ziel einer nachhaltigen Komponentenfertigung. Die Aktivitäten im Teilvorhaben "Sensorintegriertes Multifunktionswerkzeug zur Prozessoptimierung" (SIMP) konzentrieren sich auf Untersuchungen zur Sensierung der Fertigungsteilprozesse Tränkung und Aushärtung von Faserverbundbauteilen und umfasste die Definition geometrischer und laminatspezifischer Bauteilqualitätskriterien sowie die Sensorauswahl und -entwicklung zur Erfassung der relevanter Größen. Neben dem Nachweis zur Funktionsfähigkeit der Einzeltechnologien erfolgte die Implementierung in ein vorhandenes Formwerkzeug mittels Digital Mock Up. Weiterhin wurde die Integration in die Gesamtanlageninfrastruktur vorgenommen sowie eine vollständig vernetzte Systemumgebung auf Basis bereitgestellter Services aufgebaut. Die Analyse und Validierung erfolgte in Fertigungsversuchen am Funktionsmuster: Spant. Neben dem Potential der Live-Visualisierung der erfassten Daten konnte deren Kopplung mit der Prozesssimulation zur Bauteil-Zustandsbeschreibung auf Basis von Sensorstützstellen und Simulationsmodellen gezeigt werden. Die Ergebnisse zeigen gleichermaßen die Möglichkeit der digitalen Transformation für vorhandene Produktionssysteme als auch das Potential der Daten für mehr Produktionseffizienz bei Faserverbunden. Within the framework of the project "iFeZ - Intelligent mold of the future", the DLR, against the background of an experience-based production of FRP aerospace components with a high proportion of manual and thus varying process steps, devoted itself to the implementation of a sensor-integrated and multifunctional mold within an intelligently networked production environment for active process design with the aim of sustainable component production. The activities in the sub-project "Sensor-integrated multifunctional mold for process optimisation" (SIMP) focus on investigations into the sensing of the sub-processes impregnation and curing of fibre composite components and include the definition of geometric and laminate-specific component quality criteria as well as sensor selection and development to record the relevant variables. In addition to the verification of the functionality of the individual technologies, the implementation in an existing mold was carried out by means of digital mock-up (DMU). Furthermore, the integration into the overall plant infrastructure was carried out and a fully networked system environment was set up on the basis of services. The analysis and validation was realised in experiments on the functional model: Z-frame. In addition to the potential of live visualization of the collected data, its coupling with process simulation for state description based on sensors and simulation models could be shown. The results demonstrate both the possibility of digital transformation for existing production systems and the potential of the data for more production efficiency in fiber composites.