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Optimization of Thermoplastic Automated Fiber Placement via Model Predictive Control

Brandt, Lars (2024) Optimization of Thermoplastic Automated Fiber Placement via Model Predictive Control. DLR-Forschungsbericht. DLR-FB-2023-11. Dissertation. Universität Augsburg. 212 S. doi: 10.57676/x39j-tv61.

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Kurzfassung

Für die Transformation zum klimaneutralen Fliegen, muss sich die Luftfahrtindustrie drastisch ändern. Beispielsweise müssen fossile Brennstoffe ersetzt und die Effizienz der Flugzeuge durch konsequenten Leichtbau verbessert werden. Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) bieten ein erhebliches Potenzial zur Gewichtsreduzierung, müssen aber großflächiger eingesetzt werden. Thermoplastische CFK bieten hierbei auf Grund ihrer Eigenschaften ein großes Potential, allerdings sind Herstellungsverfahren wie das thermoplastische, in-situ Automated Fiber Placement (T-AFP) nicht ausreichend industrialisiert. T-AFP ist hochautomatisierbar und somit kosteneffizient, steht aber vor Herausforderungen wie der komplexen Prozessentwicklung, geringerer mechanischer Kennwerte und unvermeidbarer Laminatdefekte. Die vorliegende Arbeit zeigt, wie über die Entwicklung einer Prozessmodellierung und eines modellprädikativen Reglers (MPC) der Einrichtungsprozess, optimiert Prozesstoleranzen verringert und Defekte vermieden werden können. Eine innovative dreidimensionale MultiphysikSimulation kombiniert mechanische, optische und thermische Modelle. Anhand der validierten Simulation wurden verschiedene Ansätze zur Modellordnungsreduktion evaluiert. Dabei entstanden zwei leistungsfähige Modelle die anschließend in ein MPC Design implementiert wurden. Über den vorausschauenden Regler konnten Defekte und Steuerungsaufwand im Prozess erheblich reduziert und damit die Stabilität und Bauteilqualität gesteigert werden.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211996/
Dokumentart:Berichtsreihe (DLR-Forschungsbericht, Dissertation)
Titel:Optimization of Thermoplastic Automated Fiber Placement via Model Predictive Control
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Brandt, LarsLars.Brandt (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0007-8608-0759176162146
Datum:2024
Open Access:Ja
DOI:10.57676/x39j-tv61
Seitenanzahl:212
ISSN:1434-8454
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoplast; Automated Fiber Placement; AFP; Model Predictive Control
Institution:Universität Augsburg
Abteilung:Lehrstuhl für Regelungstechnik
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Produktionstechnologien
Standort: Augsburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie > Automation und Produktionstechnologie
Hinterlegt von: Beyrle, Matthias
Hinterlegt am:24 Mär 2025 11:11
Letzte Änderung:24 Mär 2025 11:19

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