Entwicklung einer neuartigen, digitalisierten Fertigungsstrategie für die automatisierte Produktion individualisierter FVK-Bauteile

Abstract

Das Ziel des Forschungsprojekts „Individualisierte FVK“ war, den Thermoformprozess von UD-Tape-Laminaten ganzheitlich in einer intelligenten Prozessplanungs- und Steuerungssoftware abzubilden, hierzu einen Digitalen Zwilling des zu fertigenden Produkts aufzubauen und den Prozess über diesen Digitalen Zwilling zu integrieren. Ein Teil dieser Software, welcher durch Hilfe bei der Entscheidungsfindung die Auslegung unterstützt, ist das Expertensystem. Es liefert Vorschläge bei der Auswahl geeigneter Werkzeugkonzepte, bei der Kavitätsgestaltung und bei der Definition initialer Prozessparameter basierend auf den eingegebenen Randbedingungen des Prozesses. In dem System integriert befindet sich die Bauteilgeometrie. Diese ist parametrisiert und wird durch das Verändern der Parameter individuell angepasst. Ein weiteres zentrales Ergebnis ist die bidirektionale Kopplung von Drapier- und Struktursimulation, die eine optimierte Bauteilauslegung ermöglicht. Diese ist in die Software und das Expertensystem integriert und nutzt die hier hinterlegt Geometrie als Ausgangspunkt. Die Koppelung reduziert manuelle, repetitive Arbeitsschritte bei der iterativen Verbesserung der Geometrie hinsichtlich der Struktur und Drapierbarkeit, wodurch die Auslegungszeit signifikant verkürzt und die Produktionskosten gesenkt werden. Diese Senkung wird durch die Nutzung adaptiver Werkzeugtechnologien und vor allem durch die Reduzierung von Personalaufwand erreicht. Automatisierte Prozesse wie die Erstellung von Plybooks und die Planung von Roboterbahnen tragen zusätzlich zur Effizienzsteigerung bei. Die Bahnplanung erfolgt basierend auf den im Expertensystem erzeugten Geometrien und ist für die Einstellung von einer formadaptiven Kavität verwendet worden. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz des Digitalen Zwillings eine durchgängige Datenverknüpfung und erleichtert die Planung sowie Fertigung, indem Erfahrungswerte aus früheren Projekten umfassend und direkt genutzt werden können. Insgesamt bietet das entwickelte System eine personalressourcenschonende, hochflexible Fertigungsmethodik, die zukünfig eine kostengünstigere Produktion von Kleinserien und individualisierten Bauteilen bei gleichzeitig hoher Qualität erlaubt. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.