DLR's Flappybot: Revolutie in Composietproductie op de 2019 Convention

Het MBFast18 mobiele bewerkingsconcept bestaat uit een geautomatiseerd geleid voertuig, robot en draagbare CNC-machine en biedt verhoogde productiviteit in de fabricage van grote CFRP vliegtuigonderdelen. Bron | Fraunhofer IFAM

Winnaars van awards

Dit jaar deelden twee projecten de CFK Valley Innovatieprijs en de €7.500 prijsgeld.

Eerste plaats (en €4.500) ging naar het MBFast18 mobiele robotische systemen project, dat een geautomatiseerd geleid voertuig (AGV)-gebaseerd mobiel CNC bewerkingssysteem ontwikkelde voor grote CFRP vliegtuigonderdelen.

Bron | Fraunhofer IFAM

Vergeleken met vandaag de dag dure, statische bewerkingssystemen voor grote vliegtuigstructuren, maken kleinere mobiele robotische systemen flexibele productie en hogere productiviteit mogelijk.

Het MBFast18 systeem gebruikt een 4,6-meter lang autonoom platform gebouwd door FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG (Fulda, Duitsland), navigatie- en veiligheidssensoren geleverd door SICK AG (Waldkirch, Duitsland), en een 5-as CNC-machine van SAUER/DMG MORI (Suhl en Bielefeld, Duitsland). Een mobiele laser tracker ontwikkeld door het Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM; Stade, Duitsland) positioneert de robot precies. De booreenheid, met een werkruimte van maximaal 0,5 vierkante meter, wordt geklemd aan het onderdeel met vacuümgreppers; boorposities worden berekend en doorgegeven aan de machine met software ontwikkeld door BCT GmbH (Dortmund, Duitsland). Dit concept is ook toepasbaar op afhandelings- en montageoperaties en andere industrieën zoals windenergie en rail.

Bekijk een video over het MBFast18 project:

Tweede plaats ging naar start-up Hyconnect GmbH (Hamburg, Duitsland) voor zijn FAUSST metaal-composiet hechttechnologie. Het bedrijf richt zich initieel op de scheepsbouwsector, waar het hechten van composieten aan metaal een grote barrière is voor wijdere composietadoptie. De FAUSST oplossing gebruikt een hybride stof bestaande uit warp-gebreide glas- en metaalvezels die metalen en composieten stevig mechanisch laten hechten. De metaalvezelkant wordt gehecht aan een staalprofiel dat aan metaalstructuren geweld kan worden, en de andere kant wordt gelamineerd aan het composietonderdeel. De gepatenteerde technologie versnelt naar verluidt het ontwerp en hechtproces significant. Initiële prototype toepassingen zijn momenteel onder test.

Bekijk een introductie van het FAUSST hechtproces:

Enablement door automatisering

Dag twee zag het prijswinnende MBFast18 project in meer detail verkend in presentaties van Christoph Brillinger, projectmanager bij Fraunhofer IFAM, en Dr. Gregor Graßl van FFT, die de uitdagingen bespraken van het ontwikkelen van slimme proces- en installatiecontrolsystemen voor multi-robot operaties. Jerome Berg, staff engineer bij Northrop Grumman Innovation Systems (Clearfield, Utah, VS), beschreef de geautomatiseerde fabricage van Airbus vliegtuigstringers op het bedrijf's Utah faciliteit met een in-house ontwikkeld AFP-proces, en Uwe Lang van Evonik Resource Efficiency GmbH (Darmstadt, Duitsland) introduceerde "Zandwichtechnologie 4.0," een geautomatiseerde productietechnologie voor hoge productiesnelheden die het bedrijf's ROHACELL schuimmateriaal gebruikt. Een hooggeautomatiseerd pre-vormingsproces voor een vliegtuig neus landing gear deur is gedemonstreerd in een samenwerking met DLR en Airbus' technologie hub CTC GmbH (Stade, Duitsland).

Bekijk een video van het pre-vormingsproces: 

Een reis makend in virtuele realiteit, toonde Felix Hünecke, hoofd van business development bij ABSOLUTE Reality GmbH (Hamburg, Duitsland), hoe 3D-modellen van gebouwen gemaakt, bewerkt en aangevuld kunnen worden met afbeeldingen, documenten en video's om virtuele omgevingen te creëren die van overal in de wereld bekeken kunnen worden. Het bedrijf creëerde een 3D-tour van een DLR productiehal in Stade.

Maak een wandeling door DLR's productiehal: 

Felix Schreiber, CEO, ARK Group (Aachen, Duitsland), besprak de proces- en kostenvoordelen van gestructureerde machinedata in een geautomatiseerde resin transfer molding (RTM) productielijn, terwijl Sascha Backhaus van CTC GmbH modulaire automatisering in composietproductie en het Hybr-iT project besprak, dat teams ontwikkelt waar mensen en robots samenwerken met software-gebaseerde assistentiesystemen.

De Multifunctionele Robot Cel op ZLP Augsburg was ontworpen om de ontwikkeling van geïntegreerde processen voor de fabricage van grote composietcomponenten op industriële schaal mogelijk te maken. Bron | DLR

Verder onderwerpen omvatten:

• Vezeloptische sensing voor intelligente procesmonitoring in grote composietstructuren (MT Aerospace AG; Augsburg, Duitsland);
• Een intelligent controle systeem voor geautomatiseerde composietproductie (National Composites Centre, Bristol, VK);
• Een model-gebaseerd kwaliteitscontrolesysteem voor thermovorming van kleine componenten (Faserinstitut Bremen e.V.; FIBRE, Bremen, Duitsland);
• Een proces voor compressievorming van discontinue vezel-versterkte thermoplasten voor luchtvaarttoepassingen, gebaseerd op flexibele automatisering en schaalbaar tot groot onderdeelformaat (ACT Aerospace; Gunnison, Utah, VS);
• Een isotherm RTM proces dat gereduceerde cyclus tijden biedt voor hoog-volume CFRP onderdeelproductie (Airbus Helicopters)
• Grote-schaal productie van complexe, koolstofvezel, hoogpresterende thermoplastische profielen voor verstijvingen, buizen en aandrijfasen met behulp van near net-shaped band preformen en injectievorming (herone GmbH; Dresden, Duitsland). Lees meer over herone en dit proces in "Injectie-vorming voor hoogpresterende, geüniteerde thermoplastische structuren."

10 jaar vooruitgang in Augsburg

In een apart evenement, zag de DLR's 5e Colloquium on Production Technology op 15 mei bijna 200 gasten bijeenkomen in zijn Center for Lightweight Production Technology (Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie, ZLP) in Augsburg. Het evenement vierde ZLP's 10e jaar in Augsburg, waar vandaag ongeveer 60 medewerkers focussen op automatisering en digitalisering van composietproductie.

Een robotgreifer voor geautomatiseerd draperen, onderdeel van ZLP Augsburg's geïntegreerd productieproces voor full-schaal structurele componenten. Bron | DLR

De thermoplastische composietcomponenten voor Premium Aerotec's achterdrukschot ontwerp worden gejoind met een weerstandslassen techniek ontwikkeld op ZLP Augsburg. Bron | Premium Aerotec

Thermoplastische technieken zijn een ander focusgebied voor ZLP Augsburg. Een project om de werelds eerste thermoplastische achterdrukschot (RPB) voor single-aisle vliegtuigen te ontwikkelen werd uiteengezet door Ralph Männich en Alexander Sänger van Premium Aerotec GmbH. Het bedrijf collaboreert met ZLP Augsburg, Toray Advanced Composites en het Institute for Composite Materials (IVW) op een ontwerp bestaande uit acht CFRP segmenten geïntegreerde stringers gejoind met een door ZLP ontwikkelde weerstandslastechnologie. Geautomatiseerde processen met korte cyclus tijden maken hoog-volume productie mogelijk. Technologieafronding (tot TRL 6) is gepland voor 2020 met implementatie gericht op 2021/2022. Op juni's Paris Air Show toonde Premium Aerotec een 1:1 demonstrator voor een Airbus A320 serie vliegtuig. Vergeleken met huidige A320 drukschotten gemaakt van geniete aluminiumcomponenten, levert het thermoplastische onderdeel naar verluidt dezelfde mechanische eigenschappen met 10-15% gewichtsbesparing en een 50% reductie in productietijd. In de volgende presentatie, diepte DLR's Dr. Stefan Jarka en Manuel Endraß het thema thermoplastisch lassen verder in, duikend dieper in ZLP Augsburg's hecht- en NDT-mogelijkheden, en zijn rol in het RPB project.  

ZLP Augsburg onderzoekt flashlamp-gebaseerde in-situ AFP van thermoplastische composieten, een gepulste energieoplossing die de veiligheidsomhullingen elimineert die vereist zijn voor laser-gebaseerde AFP. Bron | DLR

Thermoplastische composieten bieden ook kansen in ruimtevaarttoepassingen. Presentaties van Ralf Hartmond, MT Aerospace AG en Lars Brandt, projectmanager voor ruimtevaart-gerelateerde toepassingen bij DLR, schetsten de ontwikkeling van een koolstofvezel-versterkte thermoplastische bovenste trap voor de next-generation Ariane raketaanvanger. Brandt detailleerde DLR's werk aan materialenscreening voor de vloeibare waterstof tank (LH₂) tank - waar koolstofvezel PEEK en laag-smelt (LM) PAEK belofte bieden - en ontwikkeling van een in-situ thermoplastische composiet AFP-proces om een lean additive manufacturing benadering mogelijk te maken. ZLP benchmarkt een nieuwe flashlamp-geassisteerde in-situ AFP proces tegen traditionele laser-geassisteerde AFP.

Hechttechnologieën zullen de sleutel zijn tot de succesvolle introductie van thermoplastische composieten in toekomstige luchtvaarttoepassingen. ZLP in Augsburg heeft een robot-gebaseerd continu ultrasoon las-systeem ontwikkeld bestaande uit een end-effector gemonteerd op een KUKA QUANTEC KR210 robot op een 7 m lineaire baan. Dit is bewezen op componenten inclusief een verstevigd rumpf paneel en een achterdrukschot. Bron | DLR

De dag eindigde met een gedachtewekkende keynote van Prof. Dr. Michael Kupke, hoofd van ZLP Augsburg, getiteld "Digitalisering en Flexibele Productie." Hij vroeg of de opkomst van de digitale platformeconomie kansen of risico's biedt voor composietfabrikanten, en wees erop dat IT een kerncompetentie wordt en als een waarde-toevoegend concurrentievoordeel behandeld moet worden in plaats van een kostenpost. Hij zei ook dat er een lopende paradigma-shift is van gedetailleerde planning naar zelforganisatie (lean productie) en automatisering gecombineerd met digitalisering. AI, zegt hij, maakt autonoom, flexibele productie mogelijk. Echter, concludeerde Kupke, het is essentieel om menselijke vaardigheden te waarderen en te integreren, die vitaal zijn voor besluitvorming en procesverbetering.