KMU-innovativ Selbstadaptierendes Zuschnittsystem und prozessbegleitende Qualitätssicherung im CFK-Verarbeitungsprozess (ADAPT)

Problemstellung
Die Entwicklung effizienter Leichtbaulösungen führt branchenübergreifend zu einem verstärkten Einsatz kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK). Diese werden in der Regel aus textilen Halbzeugen, wie Geweben oder Gelegen, hergestellt und mit einem Harzsystem infiltriert. Hierzu gilt es zunächst einzelne Lagen mit definierter Kontur und Faserausrichtung aus den Halbzeugen zuzuschneiden. Beim anschließenden Lagenaufbau werden die Einzellagen entsprechend einer vorherigen Berechnung mit definierten Faserorientierungen übereinander gestapelt. Vor der Infiltration erfolgt häufig ein Vorform-Prozess, bei dem der Lagenstapel unter Einsatz eines Binders zur sogenannten Preform umgeformt wird. Sowohl beim Zuschnitt als auch beim Umformen können Abweichungen der vorherbestimmten Faserorientierung auftreten, die in der Folge zu veränderten Bauteileigenschaften führen.

Ziel
Die Zielstellung des KMU-innovativ-Projekts ADAPT besteht in der Entwicklung eines selbstadaptierenden Zuschnittsystems mit integrierter optischer Prozessüberwachung. Darüber hinaus ist ein sensorisches Messsystem zur Qualitätssicherung textiler Preformen zu erarbeiten. Dieses soll erstmals die Möglichkeit zur Detektion relevanter Qualitätsmerkmale auch in den Innenlagen textiler Preformen bieten und somit eine entscheidende Lücke bei der Qualitätssicherung im CFK-Verarbeitungsprozess schließen.

Vorgehensweise
Im Rahmen der Forschungsarbeiten werden zunächst die zu überwachenden Qualitätsmerkmale, wie beispielsweise lokale Fehlstellen und Faserverzug, für ausgewählte textile Halbzeuge festgelegt. Auf dieser Basis erfolgen die Konzeption und Umsetzung eines optischen Qualitätsüberwachungssystems sowie dessen Integration in den neu zu entwickelnden Zuschnittautomaten. Parallel wird ein sensorisches Messsystem, ein sogenannter Wirbelstromsensor, entwickelt. Mit diesem sind die Innenlagen zu erfassen und entsprechende Qualitätsmerkmale zu detektieren. Zur Überprüfung der entwickelten Messsysteme werden umfassende Prozessstudien an einem Demonstratorbauteil sowie Analysen der resultierenden textilen Strukturmerkmale durchgeführt.

Ergebnisse und Anwednungspotenzial
Durch die neuartigen Lösungen zur prozessübergreifenden Qualitätssicherung können zukünftig geringere Ausschussquoten und eine höhere Reproduzierbarkeit bei der Herstellung von CFK-Bauteilen erzielt werden. Hiermit können die Voraussetzungen für einen erweiterten Einsatz der Faserverbundtechnologie in vielseitigen Branchen, wie etwa der Luft- und Raumfahrt, zusätzlich verbessert werden.