Bauteiloptimierung Lastgerechte Ausrichtung von Fasern gewährleistet

Das FPP-Verfahren – Fibre Patch Preforming – ermöglicht die hocheffiziente Herstellung von CFK-Bauteilen. Es besteht im Wesentlichen darin, dass aus einem Faserbund geschnittene Patches – Stücke – automatisch abgelegt und ausgerichtet zu Preforms – Vorformlingen – geformt werden.

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Die Altair Engineering GmbH und die Manz GmbH haben gemeinsam den diesjährigen „Award für nachhaltige Produktion“ im Bereich Automation & IT erhalten. Die Auszeichnung wurde vom Fachmedium Nachhaltige Produktion der Unternehmensgruppe Vogel Business Media im Rahmen der Industrial-Green-Tec-Conference auf der Hannover-Messe vergeben. Bewerben konnten sich ausschließlich die an der Messe beteiligten Aussteller. Altair und Manz erhielten den Award für das Projekt „Vollautomatisierte Prozesskette zur Fertigung lastoptimierter CFK-Bauteile“.

Wirtschaftliche Fertigung komplexer FVK-Bauteile im Fokus

Im Rahmen dieser Unternehmung wird auf der Basis des sogenannten FPP-Verfahrens in einem interdisziplinären Entwicklungsteam an einem automatisierten Produktionsprozess gearbeitet, der eine wirtschaftlichere Produktion komplexer Faserverbundbauteile von der Einzelfertigung bis zur Serienproduktion ermöglichen soll. Die dabei fokussierte Prozesskette beinhaltet auch die lastgerechte Gestaltung und Optimierung von Faserverbundkomponenten in einem automatisierten, vorgeschalteten Schritt.

Während die Projektpartner Manz, Airbus, CTC Stade, TU München, TU Clausthal, Cenit, Wethje und Otto Bock im Rahmen des vom BMBF geförderten Projekts Sowema den 3D-FPP-Produktionsprozess entwickelten, wurde zwischen Altair und Manz die daran anknüpfende Projektphase bearbeitet, bei der es galt, die computergestützte Bauteiloptimierung in den Gesamtprozess zu integrieren.

Weniger Verschnitt und weniger Abfall

Wie bei der Preisverleihung deutlich hervorgehoben wurde, konnte das von Altair und Manz eingereichte Projekt bei der Jury gleich zweifach punkten. „Durch die Automatisierung des Produktionsprozesses wird der großtechnische Einsatz von Faserverbundbauteilen wieder ein Stück wahrscheinlicher, und mit der computergestützten Bauteiloptimierung fällt bei jedem Einzelvorgang weniger Verschnitt und damit weniger Abfall an. Zusammengenommen sind das wichtige Schritte in Richtung auf mehr Nachhaltigkeit in der Produktion“, sagte Frank Jablonski, MM-MaschinenMarkt-Chefredakteur und Jury-Mitglied des Nachhaltige-Produktion-Awards.

3D-Faserverbundbauteile automatisiert herstellen

Die vollautomatisierte Optimierung und Fertigung von CFK-Bauteilen in einem Prozess ermöglicht eine wirtschaftliche industrielle Produktion von Komponenten sowohl bei geringen als auch bei hohen Stückzahlen. 3D-Faserverbundbauteile, die bisher nur manuell gefertigt werden konnten, können nun automatisiert hergestellt werden. Anders als in konventionellen Verfahren, lässt die Patch-basierte Ablage der Faserbänder eine lastgerechte Orientierung der Verstärkungsfasern zu. Das ermöglicht leistungsfähigere und leichtere Bauteile.

Diese Vorteile sehen die beiden prämierten Unternehmen gewürdigt: „Wir freuen uns über die Auszeichnung für unser Projekt mit der Manz AG”, sagte Mirko Bromberger, Marketing Director von Altair Engineering. „Altair hat es sich zur Aufgabe gemacht, den simulationsgetriebenen Designprozess zu fördern und zu etablieren. Dabei geht die Nutzung der CAE-Werkzeuge über den virtuellen Test hinaus, sie kommen bereits in der Designphase zum Einsatz. Dadurch ist es möglich, last- und gewichtsoptimierte Bauteile zu entwerfen, die für jede Form der Fertigung geeignet sind, vor allem aber helfen, das Leichtbaupotenzial von Composite-Bauteilen vollständig zu erschließen.“

Volle Nutzung des Potenzials durch automatisierte Auslegung

Auch bei Manz sieht man die Anstrengungen anerkannt: „Wir freuen uns sehr über diesen Award, den wir als wichtige Auszeichnung unserer Arbeit sehen und als Ansporn betrachten, in dieser Richtung weiterzuarbeiten“, sagte Dr. Martin Steyer, Leiter New Business der Manz AG. „Wir bei Manz sind immer bestrebt, neue Märkte zu erkunden und die Produktion besser und nachhaltiger zu gestalten. Eine solche Herausforderung ist die wirtschaftliche Herstellung von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen, der wir mit unserer FPP-Anlage entgegentreten können, denn die FPP-Technologie ermöglicht die vollautomatische, hocheffiziente und damit nachhaltige Produktion von 3D-CFK-Bauteilen.“

Teures Fasermaterial eingespart

Als besonderen Vorteile hebt Steyer die folgenden Aspekte hervor: „Wenn eine FPP-Anlage auch noch durch eine vorgeschaltete, automatisierte Auslegung und Optimierung der Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen, wie wir sie in diesem Projekt umgesetzt haben, erweitert wird, ist es möglich, das Leichtbaupotenzial dieser Werkstoffe voll auszuschöpfen. Als Nebeneffekt von diesem Vorgehen werden Fasermaterialien eingespart, die heute meist den mit Abstand größten Anteil an den Herstellungskosten ausmachen. Das ist aus meiner Sicht der Schlüssel für eine wirtschaftliche Produktion.” Altair entwickelt und unterstützt die Anwendung von Simulationstechnologien. Das Unternehmen hat über 2000 Mitarbeiter und ist mit über 40 Niederlassungen in 20 Ländern vertreten. Es unterstützt über 5000 Kunden aus den unterschiedlichsten Industrien. Der Hauptsitz ist in Troy (Michigan/USA).

Die Manz AG in Reutlingen ist ein weltweit führender Hightech-Maschinenbauer. Das 1987 gegründete Unternehmen hat sich in den vergangenen Jahren vom Automatisierungsspezialisten zum Anbieter integrierter Produktionslinien entwickelt und verfügt über Kompetenz in sechs Technologiefeldern: Automation, Laserprozesse, Vakuumbeschichtung, Siebdruck, Messtechnik und nasschemische Prozesse.

Beim FPP-Verfahren – Fibre Patch Preforming – werden aus einem Faserband geschnittene Patches – Stücke – von einem Roboter gegriffen und in einer Bauteilform abgelegt, um Preforms – Vorformlinge – mit komplexer, lastpfadgerechter Faserausrichtung automatisiert und fast verschnittfrei herzustellen. ■

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