A KUKA kezeli a szálerősítéses kompozitokat a DLR-nél

A Stade-ban található CFK Nord egy ultramodern és vállalatokon átívelő kutatási centrumként jött létre a szénszálerősítésű műanyagokból (CFK) készült alkatrészek gyártásához. Egyik használója a Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR). A KUKA Industries és a DLR együtt fejlesztett egy kutatási célokra használt automatizált termelési berendezést.

A kiindulási helyzet

A Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) azt a célt tűzte ki, hogy hatékony gyártási technológiákat fejlesszen a CFK-alkatrészekhez. Egy új 45 méter hosszú termelési utcán készülnek a CFK-alkatrészek (például bordázatok) teljesen automatizáltan. Mindeddig nagyon drága és rengeteg kézzel végzett munka volt szükséges ahhoz, hogy a repülőgépekhez CFK-alkatrészeket gyártsanak. A DLR, mint tiszta kutatási szervezet ezt kívánja megváltoztatni a repülőgépek következő generációjára. 

A CFK könnyű és stabil, de a repülőgépgyártók magas elvárásait csak akkor képes teljesíteni, ha a teljes folyamat és így a minőség is reprodukálható. Az alumíniumhoz képest a CFK nagyon különböző minőségű lehet, ha például a szálirányok nem optimálisan helyezkednek el vagy a vágási éleknél nedvesség kerül a kötések közé. És az anyagot érő külső mechanikai károsodásokról még nem is beszéltünk. Éppen ezért a gyártásnál a legnagyobb pontossággal kell eljárni.

A feladat

A kísérleti berendezésben a végső kontúrokat megközelítő, borda formájú alkatrészeket gyártanak, melyek aztán a repülőgép törzsének belső oldalát stabilizálják. A textil nyersforma (preform) automatikus gyártásáról, valamint szegélyezéséről és a folyékony epoxigyantával történő későbbi átitatásról van szó. Az előzetes folyamat során a szükséges különböző szálas nyersanyagokat lefejtik a tekercsekről és egy cutter (görgős kés) segítségével elvégzik az előszabást. Ezután a nyersformákat egy tárolórendszer megfelelő rekeszeiben tárolják felhasználásig. Az érzékelők az egész projekt során különleges kihívást jelentettek, mert a kívánt termékminőséget csak akkor lehet biztosítani, ha a beállítás és a szálak szöge pontosan megfelel az előírt értékeknek. Beépített örvényáramú érzékelők segítségével megjelenítik és kiértékelik a szálszögek változását a szövetben. Az aktuálisan gyártott alkatrészek ebben a kutató berendezésben összesen 26 réteg szénszálból állnak.
A gyártott alkatrészek összesen 26 réteg szénszálból állnak.
A berendezésnek rugalmasnak kell lennie, mert kutatási feladatokról van szó, nem tényleges sorozatgyártásról. Döntő jelentőséggel bírt, hogy a berendezés koncepciója, de a programozás területén is szabadságot kaptak a tervezők. A szerszámcseréket gyorsan és egyszerűen kell végrehajtani és a robotok programozásának is intuitív módon kell történnie. A hallgatóknak egy rövid betanulási szakasz után a berendezésen már új feladatokat/termékeket kellett megvalósítaniuk. Ez a gyakorlati alkalmazás szempontjából ugyancsak fontos, hiszen egy középméretű utasszállító repülőgép több, mint 140 borda-szegmensből áll, melyek közül nincs kettő egyforma.

A megoldás

A KUKA Industries által készített automatizáció egy függönyrobot, mely egy 2D-kivágást készíti, hogy azt a kívánt 3D kontúrra alakítsa. Olyan megfogója van, mely egyszerre csak egy kivágást vesz fel. A kivágások köztes tárolórészen való elhelyezkedését egy képfeldolgozó rendszer rögzíti. Az átalakítás után a robot az előzetes nyersformát elhelyezi a konszolidációs állomás szerszámján. A szerszám alumíniumból készül kontúrmarással és egy olyan alépítményre kerül rögzítésre, melynek kapcsolata van a konszolidációs állomás tolóasztalával. A konszolidációs állomás egy mozgatható présasztallal rendelkező membránprésből áll. A nyersformát infravörös sugárzással hevítik fel, a textilen található poralakú kötőanyag megolvad, így stabilizálja a csomagot. 
A textilen található por alakú kötőanyagot infravörös sugárzás segítségével olvasztják fel, hogy a stabilizálják a csomagot.
A formázó munkafolyamat után a konszolidált nyersformát összekapcsoló robotok helyezik át a következő finomszegélyező állomás eszközébe. Az összekapcsoló robot egy magasan elhelyezett lineáris tengelyen mozog, így maximális mozgási szabadságot lehet elérni a csarnokban. A robot a gyártási folyamat egyes állomásait, a megfelelő robot offline pályaprogramozását az alkatrész CAD adatai alapján ill. a Cenit által gyártott fastCURVE pályaprogramozó szoftvert kapcsolja össze egymással. Egy megfelelő interfész segítségével a Reis ROBOTstarV vezérlő folytonos, nagyon pontos pályát tesz lehetővé, mivel nem csak "sarkosan", pontról pontra programozható. Így a programozott pálya utólagosan is eltolható bizonyos mértékben.
A megfelelő robot pályaprogramozása offline történik az alkatrész CAD adatai alapján egy pályaprogramozó szoftver segítségével. A KRC ROBOTstar vezérlő egy megfelelő interfész segítségével folytonos, nagyon pontos pályát tesz lehetővé. Így a programozott pálya utólagosan is eltolható bizonyos mértékben. Az optimális vágószerszám kiválasztásával egy ultrahangos kés segítségével a környező anyagok befolyásolása nélkül lehet nagyon pontos vágást készíteni.

Már nagyon kevés megbeszélés után is világossá vált számunkra, hogy az obernburgi cég a hasonló nagyméretű alkatrészek automatizálását már nem először csinálja. A projektvezetők képesek voltak a nyersforma-folyamat egyes aspektusait moduláris szempontból nézni és a standard komponensek alapján egy nagyon következetes koncepciót létrehozni.

Sven Torstrick, projektvezető, DLR, Könnyűépítésű Gyártási technológia Központ
Fogótechnika a CFK alkatrészek kezeléséhez

Annak érdekében, hogy online is a legjobb szolgáltatást nyújtsuk Önnek, sütiket használunk. Még több információ.

Okay