Combination of Automated Fibre Placement (AFP) and Additive Layer Manufacturing (ALM)
Plastics Engineering
Lightweight Construction, Textile Technology
Final Report Abstract
Zunächst wurden der aktuelle Forschungsstand zu APF-Prozessen und die Herausforderungen hinsichtlich der Erzielung optimaler Ergebnisse erläutert. Durch verschiedene Untersuchungen konnte aufgezeigt werden, dass durch die in-situ-Konsolidierung des AFP-Prozesses eine hohe Qualität der FVK-Bauteile mit höherer Wiederholgenauigkeit auch in Serie erreicht werden kann. Die Qualität des Laminats und die Wiederholbarkeit bleiben allerdings nicht konstant, wenn die Auflagefläche gekrümmt bzw. doppelt gekrümmt ist. Diese Herausforderung und weitere Einschränkungen des Verfahrens zur Herstellung eines FVK- Bauteils wurden ausführlich beschrieben. Als potenzielle Lösung wurde eine neue Fertigungsmethode konzipiert. Bei dieser Methode werden Lücken - als unvermeidliche Ablegeeffekte auf doppelt gekrümmter Oberfläche - mithilfe eines optischen Sensors erfasst. Durch die Bearbeitung der Lückendatei können die gleichen Materialien mit einem 3D-Drucker in die Lücken eingebracht werden. Diese Hypothese wird mit der vorliegenden Arbeit erstmals durch experimentelle Untersuchungen mit einem Heizpressenprozess nachgewissen. Die Ergebnisse verdeutlichen, wie gut der AFP/ALM-Prozess die mechanischen Eigenschaften von FVK-Laminaten verbessern kann. Abschließend sind alle Erkenntnisse aus dem Konstruktionsprozess, den Ablege/Druckversuchen und den erreichten mechanischen und Oberflächeneigenschaften in der Form von Grundsätzen und Richtlinien für kombinierte AFP/ALM-Prozesse mit den dafür erforderlichen Ablageköpfen zusammengefasst. Prinzipien der Steuerung, der Lückenerkennung und der Online-Bahnsteuerung abhängig von 6-Achsen- Robotern sind dargestellt. Abschließend sind alle Einheiten und die Regelung und Steuerung sowie die Kommunikationssysteme im Detail dokumentiert.
Publications
- (2018): A Novel Approach: Combination of Automated Fiber Placement (AFP) and Additive Layer Manufacturing (ALM), Journal of Composites Science
Mohammad Bahar, Michael Sinapius
(See online at https://doi.org/10.3390/jcs4030092) - (2020): Adaptive feeding roller with an integrated cutting system for Automated Fiber Placement (AFP), 4, 92
Mohammad Bahar, Michael Sinapius
(See online at https://doi.org/10.3390/jcs4030092) - (2021): A NEAT Based Two Stage Neural Network Approach to Generate a Control Algorithm for a Pultrusion System, AI 2021, 2, 355–365
Christian Pommer, Michael Sinapius, Marco Brysch and Naser Al Natsheh
(See online at https://doi.org/10.3390/ai2030022) - Adaptronics – Smart Structures and Materials, Springer, 2021
Johannes Michael Sinapius
(See online at https://doi.org/10.1007/978-3-662-61399-3) - (2022): In Situ Consolidation of Thermoplastic Prepreg by Generating Harmonic Oscillations on the Consolidation Roller, J. Compos. Sci. 2022, 6(1), 1
Mohammad Bahar, Marco Brysch, Michael Sinapius
(See online at https://doi.org/10.3390/jcs6010001)
