Projekte

iComposite40

Integrative und selbstregulierende Produktionsanlage zur Herstellung von FVK-Bauteilen in großen Stückzahlen (iComposite40)

Programm: PDA Forschung für Produktion
Bekanntmachung: Produktionsanlagen für Wachstumsmärkte - intelligent einfach und effizient
Wettbewerb: Produktionsanlagen für Wachstumsmärkte - intelligent einfach und effizient

Kurzbeschreibung:
Infolge des steigenden Bedarfs an Leichtbauprodukten, bspw. in der Automobilindustrie, werden klassische Konstruktionswerkstoffe zunehmend durch alternative Materialien ersetzt. Faserverstärkte Kunststoffe eignen sich aufgrund ihrer außerordentlich guten mechanischen Eigenschaften ideal für diesen Zweck. Einer breiten Nutzung steht derzeit ein ineffizienter Ressourceneinsatz entgegen. Die Vermeidung von Ausschuss sowie der gezielte Einsatz von einfachen Verstärkungshalbzeugen in additiven Fertigungsverfahren bergen daher ein enormes Potenzial, Ressourcen einzusparen und die Produktionskosten zu senken. Ferner ist es Ziel, solche additiven Fertigungsverfahren zur Erzeugung der Verstärkungsstrukturen mit dem industriell etablierten Harzinjektionsverfahren in einem Produktionssystem mit einer regelnden Systemintelligenz zu kombinieren und zu vernetzen.

Projektdauer: 01.01.2016 − 30.09.2019

Ansprechpartner bei PTKA:
Christine Ernst
Telefon: +49 721 608-24576
E-Mail: christine.ernst@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemlage
Infolge des steigenden Bedarfs an Leichtbauprodukten, bspw. in der Automobilindustrie, werden klassische Konstruktionswerkstoffe zunehmend durch alternative Materialien ersetzt. Faserverstärkte Kunststoffe eignen sich aufgrund ihrer außerordentlich guten mechanischen Eigenschaften ideal für diesen Zweck. Einer breiten Nutzung steht derzeit ein ineffizienter Ressourceneinsatz entgegen. Aktuell sind Materialverluste von bis zu 50 % hinzunehmen: halbautomatisch und in mehreren Prozessschritten werden unter Beachtung ihrer Faserorientierung die zuvor aufwendig hergestellten Verstärkungstextilien (z. B. Gewebe) in bauteilkonturnahe Form geschnitten, vorgeformt und in einen handhabungsfesten Zustand überführt. Im Anschluss erfolgt die Tränkung mit Flüssigkunststoff. Neben dem hohen Verschnitt entsteht auch unnötig hoher Ausschuss. Die Vermeidung von Ausschuss sowie der gezielte Einsatz von einfachen Verstärkungshalbzeugen in additiven Fertigungsverfahren bergen daher ein enormes Potenzial, Ressourcen einzusparen und die Produktionskosten zu senken.

Zielstellung
Ziel von iComposite 4.0 ist es, dieses Ressourceneinsparpotenzial zu erschließen. Ferner ist es Ziel, solche additiven Fertigungsverfahren zur Erzeugung der Verstärkungsstrukturen mit dem industriell etablierten Harzinjektionsverfahren in einem Produktionssystem mit einer regelnden Systemintelligenz zu kombinieren und zu vernetzen.

Vorgehensweise
Mittels additivem Faserspritzen wird zunächst die Grundstruktur des Bauteils erzeugt. Anschließend werden Faserstränge hochpräzise und belastungsgerecht abgelegt, um die Spitzenlasten des Bauteils aufzunehmen und Schwankungen des Faserspritzens auszugleichen. Anschließend wird bei der Harzinjektion das Formgebungswerkzeug unter Berücksichtigung der variierenden Geometrie der Verstärkungsstrukturen gezielt verbogen, um die gewünschten Bauteilwanddicken zu erreichen. Mit Hilfe einer regelnden Systemintelligenz werden mögliche Schwankungen der Bauteileigenschaften in den nachfolgenden Prozessschritten ausgeglichen, um Ausschuss zu reduzieren. Eine durchgängige Qualitätsüberwachung ermöglicht letztlich eine ausschussfreie Produktion. Die Entwicklung von Systemintelligenz und Qualitätsüberwachung und die Verknüpfung der Einzelsysteme in einer Produktionsanlage sind der primäre Forschungsinhalt des Projekts.

Ergebnisverwertung
Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens ermöglichen eine deutlich ressourceneffizientere, automatisierte und durchgängig qualitätsgesicherte Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen und steigern somit die Akzeptanz dieser Werkstoffklasse für die breite Anwendung. Die notwendigen Werkstoff- und Prozessmodelle können zudem für ein verbessertes Bauteil- und Werkzeugdesign verwendet, die Linienautomatisierung auf diverse weitere Technologien, bspw. auch in der metallverarbeitenden Industrie, übertragen werden.

Publikationen

Industrie 4.0
Autor: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Erscheinungsjahr: 2017
Beschreibung: Die Broschüre stellt ausgewählte Projekte vor, die sich mit den Schlüsselfaktoren von Industrie 4.0 befassen. Sie regt dazu an, sich intensiver mit Industrie 4.0 zu beschäftigen und die Weiterentwicklung zu begleiten. In dieser Broschüre, Auflage 2017, stellen sich neben Projekten, zugeordnet dem Referat Produktion und Dienstleistung; Zukunft der Arbeit, diesmal auch interessante Projekte der Referate Datenwissenschaft, Informationstechno­logien; Industrie 4.0, Elektronik; Autonomes elektrisches Fahren und Kommunikationssysteme; IT-Sicherheit vor.

Download und kostenfreie Bestellung über die Publikationsliste des BMBF mit der Bestellnummer 30916.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu