Reboot op achterwand:One-stop, sleep naar tape naar CFRP-onderdeel

“Dit is een continu proces dat volledig geautomatiseerd is”, zegt Ufer. “Als het om wat voor reden dan ook nodig is om de lijn te stoppen, reageert de apparatuur automatisch. Zo wordt de IR heater direct uitgeschakeld en ingeschoven om beschadiging van de tape door oververhitting te voorkomen. Er zijn honderden van dergelijke details in de apparatuur en digitale besturing maakt deze technologie mogelijk.”

Stap 2: De gespreide sleepband wordt vervolgens geconsolideerd terwijl deze onder spanning door meerdere rollen gaat.

Na het aanbrengen van het bindmiddel wordt tapeconsolidatie bereikt terwijl het onder spanning door meerdere rollen gaat (stap 2). Ufer legt uit dat dit ook een buffer voor de lijn inbouwt. "We hebben een eenheid die de continue trekstroom van de vezel onderbreekt en een overgang biedt naar het pulsformaat van het tape-cut-and-place-mechanisme." Dit op portaal gebaseerde mechanisme snijdt de tapes op maat en plaatst ze onder gespecificeerde hoeken van 0-360° op een draaitafel (stap 3). Elke op maat gemaakte stapel, bestaande uit 6 tot 19 lagen tape, varieert in dikte van respectievelijk 1,5 tot 3,7 mm.

Stap 3: De VRA snijdt vervolgens de tape af en plaatst maximaal vier stukken tegelijk op een draaitafel, waarbij zowel de tapelengte als de oriëntatiehoek binnen de laminaatstapel worden aangepast (bijv. 45°/90°/30°).

Voith heeft vier VRA-lijnen geïnstalleerd (zie openingsfoto), en hoewel ze elk maximaal vier 50 mm brede tapes tegelijk kunnen aanbrengen, merkt Ufer op:"de lijnen hebben een modulaire aanpak, zodat ze 10 of meer tapes per keer kunnen aanbrengen. tijd. Het hangt af van de grootte van het onderdeel en de productiesnelheid.”

Automatisering omvat kwaliteitsinspectie. Scans van de tapes en preforms worden vergeleken met een afwijzingsalgoritme. “Het 100% scannen van de tape door de VRA zorgt voor de juiste vezeldistributie voor de hele productielijn”, legt Ufer uit. “Ook gebruiken we thermografie en lasersensoren om de preforms op aangewezen plekken te controleren.” De VRA kan dan reageren op eventuele problemen die het detecteert. "Als een band niet correct is", merkt hij op, "zal de VRA de gebrekkige lengte wegsnijden en een andere produceren om deze te vervangen." Voor traceerbaarheid wordt een QR-code op de voltooide preform geplaatst. (QR-codes hebben de voorkeur boven RFID-tags (radiofrequentie-identificatie), omdat ze naar verluidt beter bestand zijn tegen het harsinjectieproces.)

Vormen, gieten en assembleren

De 2D-stack verlaat de VRA en wordt naar de vorm-, vorm- en assemblagesectie van de productielijn gebracht. De eerste pers waarin het wordt geplaatst, geleverd door composietautomatiseringsspecialist FILL (Gurten, Oostenrijk), gebruikt warmte en druk om de 2D-tapestapel tot een 3D-voorvorm te vormen (stap 4). Ufer legt uit dat, omdat de voorvorm varieert in dikte en vorm, de pers de uitgeoefende druk kan aanpassen terwijl deze afzonderlijke gebieden van de voorvorm die in het vormgereedschap is geklemd, stempelt. ALPEX Technologies (Mils bei Hall, Oostenrijk) maakte de matched-steel RTM-mallen, gebaseerd op een ontwerp van Voith Composites. “We hebben het tooling- en persproces virtueel ontwikkeld”, zegt Ufer. "Hoewel er geen daadwerkelijke testlus nodig was, hebben we de simulatiemodellen op andere vormen en onderdelen gevalideerd en geverifieerd voordat we de A8 machinaal bewerkten. productiegereedschappen voor de achterwand. Deze simulatie van het vormproces liep rechtstreeks in de echte productie en hielp de optimalisatie te versnellen.”

Stap 4 :De tapestapel wordt in een pers geschoven, waar deze wordt gevormd tot de uiteindelijke 3D-onderdeelvorm.

De pers houdt een paar seconden vast om het poederbindmiddel te laten reageren en de vorm in te stellen, wat resulteert in een stabiele voorvorm die bestand is tegen vezelwas tijdens harsinjectie. "De bindmiddeldeeltjes werken ook om de vezels uit elkaar te houden voor een betere harsstroom tijdens RTM", merkt Ufer op. "Dit is handig omdat er geen stiksels in de voorvorm zijn om de harsstroom te bevorderen, dus deze bindmiddeldeeltjes fungeren als microstroomkanalen."

De gevormde voorvorm wordt vervolgens door een robot overgebracht naar een EiMa Maschinenbau GmbH (Frickenhausen, Duitsland) CNC-cel, waar een ultrasoon mes de buitenste definitieve contour afsnijdt. Het wordt vervolgens robotisch in een RTM-pers geplaatst (stap 5), geleverd door ENGEL (Schwertberg, Oostenrijk). Alle robots in de lijn worden geleverd door KUKA Robotics (Augsburg, Duitsland).

Stap 5: De gevormde voorvorm wordt in een pers van 350 kN geplaatst en gegoten met behulp van ultra-RTM.

Het RTM-proces dat wordt gebruikt om de A8 . te vormen achterwand is hetzelfde ontwikkeld in het Audi Lightweight Center voor de vorige R8 achterwand, ook wel ultra-RTM genoemd. Het maakt het vormen van grote onderdelen mogelijk met behulp van snelle injectie maar lage druk. Vergeleken met de 140 bar die typisch is voor HP-RTM, is de in-mold harsinjectiedruk tijdens ultra-RTM van de Audi A8 achterwand is <15 bar, zelfs minder dan die voor de R8 . Hierdoor is in plaats van 2500 kN perskracht slechts 350 kN nodig. Daarom kan een kleinere, goedkopere pers worden gebruikt om onderdelen van hoge kwaliteit met een hoog vezelvolume te produceren.

De VORAFORCE 5300 epoxyhars, een driecomponentensysteem met vormlossing, hardt uit in 90-120 seconden bij 120 °C en heeft een verwerkingsviscositeit van 20 cps. Voor de A8 achterwand wordt een harsspuit van 1,3 kg in de voorvorm gespoten, gevolgd door een uitharding van 120 seconden.

Het uitgeharde onderdeel wordt robotisch uit de vorm gehaald en in een gesloten CNC-freescel geladen voor het bewerken van uitsnijdingen. Vervolgens wordt het gefreesde onderdeel in een geautomatiseerde wasmachine geplaatst om achtergebleven CFRP-stof te verwijderen.

De gewassen achterwand wordt overgebracht naar een montagecel die is uitgerust met twee robots. De eerste robot plaatst het gegoten onderdeel in een geautomatiseerde klinkmachine, die de kracht documenteert die wordt uitgeoefend tijdens het installeren van de klinknagel. Dit maakt deel uit van de fabricage-intelligentie die in het algehele proces is ingebouwd en wordt toegevoegd aan het digitale verwerkingsrecord van elk onderdeel (d.w.z. digitale draad). Het onderdeel wordt vervolgens naar het verlijmingsgebied verplaatst en een tweede robot bereidt het verlijmingsgebied voor met behulp van een geautomatiseerd doekje met oplosmiddel. Dezelfde robot brengt vervolgens de snel uithardende, tweecomponenten Dow BETAFORCE 9050M polyurethaan structurele lijm aan (stap 6), die compatibel is met de driecomponenten epoxy. Het onderdeel wordt vervolgens in een oven geplaatst voor een korte lijmuithardingscyclus.

Stap 6: BETAFORCE polyurethaanlijm wordt robotisch aangebracht voor gehechte bevestigingen en vervolgens uitgehard in een korte ovencyclus.

Deze productielijn handhaaft een cyclustijd van 5 minuten voor het voltooide onderdeel en aan de huidige vraag naar onderdelen kan worden voldaan in een of twee ploegen van 8 uur. Een 3D-laserscanapparaat wordt periodiek gebruikt om de 3D-vorm en afmetingen van het onderdeel te controleren. Afgewerkte onderdelen worden vervolgens klaargemaakt voor verzending naar de Audi A8 eindassemblagelijn in Neckersalm, Duitsland, ongeveer 3 uur rijden over de weg (stap 7).

Stap 7: Het voltooide onderdeel wordt vervolgens klaargemaakt voor verzending naar de eindassemblagelijn van de Audi A8.

Directe plaatsing van glasvezel =toekomstige flexibiliteit

Met alle investeringen die zijn gedaan, is het verrassend om te horen dat Voith Composites niet verzekerd was van dit bedrijf, maar het bedrijf voltooide inderdaad de ontwikkeling en nam vervolgens deel aan een concurrerend biedingsproces om de productie binnen te halen. "We waren in staat om te voldoen aan de door Audi vastgestelde doelkosten voor onderdelen, evenals aan de kwaliteits- en onderdeelprestatie-eisen", zegt Ufer. Dit was geen geringe prestatie, aangezien nogal wat bedrijven streden om het programma.

Voith Composites heeft meerdere onderdelen van zijn proces gepatenteerd. "De VRA heeft de industrialisatie aangetoond met behulp van directe vezelplaatsing [DFP] van tapes, waardoor het schroot en het materiaalgebruik worden verminderd via een sterk geoptimaliseerde lay-out", zegt Ufer. Het maakt ook gebruik van de meest kosteneffectieve materialen - onbehandelde zware vezels en poederbindmiddel. Het proces van de tweede generatie vervangt poederbindmiddel door directe toepassing van hars, waardoor meer processtappen worden geëlimineerd. Het bedrijf heeft echter andere DFP-processen ontwikkeld, waaronder de Voith Longfiber Preformer en Voith Prepreg Winding.

"We stellen nieuwe normen voor koolstofvezelonderdelen voor grootschalige autoserieproductie", zegt Voith Composites-directeur Dr. Lars Herbeck. "De slimme fabriek die we hebben opgericht, brengt de geautomatiseerde productie van CFRP-componenten naar een nieuw niveau van efficiëntie en flexibiliteit, inclusief bijna elke vorm en individuele partijgroottes." Dit is inderdaad waar de industrie naartoe gaat.