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Preforming mit AFP

Preforming ist ein Begriff aus der Fertigungstechnologie. Darunter versteht man die Herstellung von Vorrohlingen, auch Preform oder Vorformling genannt. Diese wird vor allem auch bei der Produktion von CFK-Bauteilen – das sind Objekte aus carbonfaserverstärktem Kunststoff – erstellt, bevor diese zum fertigen Bauteil aushärten. Das Preforming beschreibt den Prozess, der zur Erstellung des Vorrohlings führt und von Compositence durch die patentierte Technologie des Automated Fiber Placement optimiert wurde. Die Prozessgestaltung unterscheidet sich dabei erheblich von den Fertigungsverfahren, die bis dato angewandt wurden.

Herstellung über Halbzeuge

Um Bauteile aus Faserverbundstrukturen herstellen zu können, müssen die Composites präzise gelegt, geformt und miteinander verbunden werden. Beim Preforming werden ebendiese Vorgänge vereint. Im herkömmlichen Verfahren geschieht die Erstellung einer Preform dabei folgendermaßen:

  1. Legen von Halbzeugen (Gelege oder Gewebe)
  2. Zuschnitt
  3. Zusammenfügen der Zuschnitte
  4. Stacking
  5. Formung

Ein Halbzeug wird mittels eines Rovings, einer Endlosfaser aus Carbonfasern, gelegt. Dabei entstehen Teile, die bereits der späteren Form nahekommen, jedoch zunächst zugeschnitten werden müssen und noch kein Matrixmaterial tragen. Überstehende Teile werden entfernt und das Ergebnis dann in einem weiteren Schritt zur Preform gelegt. Diesen Prozess nennt man Stacking: Hier werden die einzelnen Lagen zur gewünschten Struktur gelegt.

Die Fehleranfälligkeit bei der Herstellung über Halbzeuge liegt vor allem im letzten Schritt. Composite-Lagen können verrutschen und somit zu einem fehlerhaften oder zumindest ungleichmäßigen Resultat führen. Darüber hinaus entsteht ein immens hoher Materialverbrauch durch den Zuschnitt, der nach dem Legen der Halbzeuge erforderlich ist. Verschnittraten von 50-70 % sind hier keine Seltenheit, was der Effizienz im Produktionsprozess abträglich ist.

Compositence hat dieses Fertigungsverfahren optimiert und führt das Preforming vollautomatisiert durch. Fehlerquellen werden somit ausgeschlossen und der Materialeinsatz deutlich minimiert.

Preforming mittels AFP

Beim patentierten Fertigungsverfahren von Compositence, das auf dem Automated Fiber Placement (AFP) basiert, erfolgt das Preforming sofort und ohne fehleranfällige Zwischenschritte. Ein Tape-Legekopf legt Roving oder Tape direkt im vorbestimmten Muster ab und stellt die Preform somit präzise, sauber, schnell und nahezu ohne Verschnitt her.

Der Vorgang wird auch als Layup bezeichnet und ist deutlich material- und zeitsparender als im herkömmlichen Verfahren. Das eingesetzte Material ist zudem das Roving bzw. Tape und nicht ein vorher aufwändig erstelltes Halbzeug. Der Tape-Legekopf ist an einem Roboterarm bzw. einer Linearachse – je nach zu erstellendem Objekt – montiert und platziert das Roving bzw. Tape präzise an den vorbestimmten Stellen. Auf diese Weise wird nicht nur äußerst verschnittarm produziert, sondern die Preform auch an wesentlichen Punkten verstärkt, sollten die Strukturanforderungen an das Bauteil dies notwendig machen.

Vor dem eigentlichen Preforming stehen mit der Programmierung einer virtuellen Prozesskette sowie dem Prototyping zwei weitere Verfahren zur Verfügung, welche die späteren Prozesse optimieren.

Virtuelle Prozesskette

Im Vorfeld der Fertigung wird bereits eine virtuelle Prozesskette programmiert, um die optimale Faserbauweise zu bestimmen und die Produktivitätskennzahlen abzuleiten. Die simulative Auslegung unterstützt das spätere Preforming besonders bei komplexen dreidimensionalen Objekten, da die Daten der exakt berechneten Faserlängen und -platzierungen auch bei der eigentlichen Fertigung zur Verfügung stehen.

Prototyping

Auch beim Prozess des Prototyping wird auf die optimale Ausrichtung und einen geringen Verbrauch der Materialien geachtet. Die automatisierte Anlage erstellt anhand eines Programms das gewünschte Bauteil. Dieses Programm wird – ebenfalls automatisch – aus der eigenen Software generiert. Compositence arbeitet sowohl mit duro- als auch thermoplastischen Materialien und kann das Preforming somit auf jede gewünschte Art mit trockenen Rovings vollziehen.