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Die moderne Technik der Faserablage

Verbundwerkstoffe sind schon seit geraumer Zeit verbreitete Werkstoffe für den Leichtbau in Luft- und Raumfahrt sowie im Maschinenbau. Mit herkömmlichen Verfahren gestaltet sich der Fertigungsprozess von Hochleistungsbauteilen aus carbonfaserverstärkten Kunststoffmatrizen allerdings arbeits- und kostenintensiv. Mit der patentierten Faserablage-Technologie von Compositence ist nun eine verschnittarme, vollautomatisierte Produktion Ihrer Anwendungen aus Fiber Composites möglich.

Besonderheiten von Composites

Composite-Werkstoffe zeichnen sich durch ein außergewöhnlich gutes Verhältnis von Tragkraft und Gewicht aus. Je nach verwendeten Fasern und Schichtung erreichen die Gewebe eine höhere Belastbarkeit als Stahl bei nur einem Fünftel von dessen Gewicht. Das macht die Faserverbundtechnik zu einem idealen Werkstoff für jedes Bauteil im Leichtbau.

Composites übertreffen durch ihre Werkstoffeigenschaften auch Gummi, Plastik und andere herkömmliche Baustoffe, da kein anderes Material die für Carbonfasern typische Steifigkeit in Verbindung mit Flexibilität und extrem hoher Belastbarkeit aufweist. Im Gegensatz zu Metallen dehnt sich die Kunststoffmatrix bei Wärme indes kaum aus, sondern behält ihre Form sowie Festigkeit.

Da die Preforms bei der Faserablage nach dem Compositence Verfahren aus Fiber-Bahnen entstehen und nicht gegossen oder gepresst werden, ist es während des Herstellungsprozesses möglich, die späteren Fähigkeiten des fertigen Bauelements maßgeblich zu bestimmen. Soll es z. B. an einer Seite besonders verstärkt werden oder eine größere Festigkeit aufweisen, können die Fasern und Bänder entsprechend ausgerichtet bzw. mehrfach aufgetragen werden. Die patentierte Technik platziert bei der Faserablage Rovings und Tapes genau dort, wo sie benötigt werden.

Flugzeugbauer wie Airbus und Boeing setzen daher seit mehreren Jahren auf die Faserablage-Technologie und verwenden sie großflächig, u. a. für den Bau moderner Flugzeugrümpfe.

Faserablage und generative Fertigung

Bis dato erfolgt die herkömmliche Fertigung in mehreren Schritten, die viel Handarbeit erforderten und daher äußerst anfällig für Produktionsfehler waren:

  1. Ausgangsmaterial Fasern / Rovings
  2. Fertigung von Halbzeugen (Rollenware) auf Basis herkömmlicher Textilverfahren
  3. Bauteilrelevante Zuschnitte
  4. Kombination einzelner Zuschnitte zum Stack
  5. Konsolidierung und Umformung zur PreformAktivierung der Matrix
  6. Randbeschnitt und Oberflächenveredelung
  7. Fertiges Bauteil

Durch diese Vorgehensweise, die im Wesentlichen auf konventionellen Textiltechniken basiert, fallen vor allem durch materialintensiven Verschnitt hohe Produktionskosten an, während die Lastenoptimierung vernachlässigt wird. Verschnittraten von 50 % des Halbzeugs sind bei der aufwändigen Methode Standard, in Teilen reicht der Verschnitt des Ausgangsmaterials sogar bis zu 70 %.

Compositence verkürzt diese Schritte mit seinem Faserablage-Prozess massiv und kombiniert dabei mehrere Fertigungsschritte:

  1. Ausgangsmaterial Fasern / Rovings
  2. Zwei- oder dreidimensionale Ablage (Stack oder Preform)
  3. Konsolidierung und Umformung zur Preform

Halbzeuge (Rovings oder Tapes) werden dabei automatisch mittels Roboter oder Linearachsen über einen Legekopf bahnenweise additiv aufgetragen und erstellen nach aus der eigenen Software generierten Produktionsprogrammen die Preform. Dank automatisierter Prozesse sind Präzision und Geschwindigkeit bei der Herstellung von 2D- und 3D-Objekten deutlich erhöht, während die Verschnittrate massiv gesenkt wird. Die Faserablage erfolgt also material-, zeit- und somit kostensparend.

Die Vorteile der Compositence Faserablage

Vollautomatisierte Fertigungsprozesse sind bereits in vielen anderen Produktionsbereichen seit Jahren erfolgreich im Einsatz und sorgen durch ihre konstante Leistung und eine gleichbleibend hohe Qualität für eine solide Produktionsbasis. In vielen Anwendungen wird sogar die Qualitätssicherung durch Automatisierungen übernommen. Eine Entwicklung, die das weitere Potential bereits erahnen lässt.

Durch die modulare Bauweise der Maschinen können bei Compositence aktuell 16 Rovings mit einer Slotbreite von 12 mm und einem Titer von 24-50 K problemlos verarbeitet werden, um ein Flächengewicht von 150 bzw. 300 gsm zu erreichen. Die Anzahl sowie die Breite der bei der Faserablage verwendeten Rovings bzw. Tapes sind nach Kundenwunsch anpassbar.

Die Ablagezeit hängt von der Komplexität und Fläche des herzustellenden Bauteils ab. Generell gilt: Je einfacher und größer das Bauteil ist, desto schneller erfolgt auch die Produktion per Faserablage. So erreichen die Fertigungsanlagen bei einer 2D Oberfläche von 6 m² – zum Beispiel Anwendung im Nesting mehrerer Bauteile – eine Ablagerate von über 250 kg/Stunde.

Wenn auch Sie Ihre Fertigung von leistungsfähigen Produkten aus belastbaren Fiber-Materialien optimieren möchten, eröffnet Ihnen die automatische Faserablage von Compositence die besten Möglichkeiten, dies umzusetzen.