Effects of Detectable Defects (EDD) - Einfluss von Fertigungsfehlern in Automated-Fiber-Placement-Prozessen in dünnwandigen Kohlenstofffaserverbundstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Sebastian Heimbs, seit 9/2022
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413627151

Die Automated-Fiber-Placement (AFP) Technologie ist ein etabliertes Fertigungsverfahren zur industriellen Herstellung von qualitativ anspruchsvollen Kohlenstofffaserverbund-Strukturbauteilen. Es wird die Hauptforschungshypothese aufgestellt, dass es bereits während des AFP Prozesses möglich ist, Auswirkungen von auftretenden Fertigungsfehlern im später ausgehärteten Bauteil durch eine prozessbegleitende strukturmechanische Bewertung erheben zu können. Die neu gewonnene Kenntnis über die Beeinflussung von Fehlern wie Gap, Overlap, Fuzzball oder Tow-Twist liefert im Herstellungsprozess eine bisher nicht dagewesene Entscheidungsgrundlage über die Art und Notwendigkeit von Korrekturmaßnahmen. Basierend auf den Erkenntnissen jüngster Forschung auf dem Gebiet der thermografischen Prozessüberwachung werden die notwendigen Informationen zu detektierten und klassifizierten Fertigungsfehlern in Echtzeit bereitgestellt. Damit ist es im Vergleich zu konventionell eingesetzten Methoden der zerstörungsfreien Fehleranalytik (z. B. Ultraschall, aktive Infrarot-Thermografie, Wirbelstrommessung, Röntgen oder Computerto-mografie) möglich, den Fehlernachweis bereits im Fertigungsprozess zu erbringen und nicht erst, wie derzeit, im Anschluss an die Bauteilfertigung. Hierdurch wird die Fehlerkorrektur deutlich früher möglich und weniger aufwändig. Dies trägt zudem dazu bei, dass die gegenwärtige 100%ige Ultraschallprüfung im Anschluss an den Aushärtevorgang deutlich reduziert und nur noch gezielt an kritischen Stellen durchgeführt werden muss. Im Ergebnis führt dies zu einer signifikanten Verbesserung von Produktivität und Prozesssicherheit der AFP-Technologie. Darüber hinaus wird in Verbindung mit entfallenden Aufwänden der nachgelagerten Qualitätskontrolle eine Effizienz-steigerung entlang der gesamten AFP-Prozesskette erreicht. Der wissenschaftliche Erkenntnisgewinn besteht in dem generierten Prozesswissen, dass die Bestimmung des Zusammenhangs von Fertigungsfehlern im nicht ausgehärteten Bauteil und den durch Aushärtung resultierenden Bauteilfehlern sowie mechanischen Eigenschaften erlaubt. Die hierfür vorgenommene parametrische Modellierung von unterschiedlichen, produktionsrelevanten Fertigungsfehlern und die einhergehende experimentelle Untersuchung von Fehlermechanismen generieren Wissen über den Einfluss des Aushärtevorgangs auf Fertigungsfehler. Darüber hinaus wird Wissen aufgebaut bezüglich der Modellierung der thermischen Prozessvorgänge beim AFP sowie der Entwicklung von Algorithmen zur Charakterisierung und Quantifizierung von Fertigungs-fehlern u. a. auf Basis Maschinellen Lernens.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Carsten Schmidt
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Horst, bis 8/2022