Fiber Patch Placement – 4.0 Leichtbau für die Flugtaxis der Zukunft

Der Wandel in Mobilitätskonzepten stellt neue Anforderungen an die Herstellung von Transportmitteln. Insbesondere erleben wir aktuell die Entstehung einer neue Klasse an Leichtflugzeugen und Auto-Flug-Hybriden, die besonders extreme Anforderungen an Leichtbau und Skalierung stellen, um die Reichweite ihrer elektrischer Antriebe zu maximieren. Die Industrie benötigt dafür neue Produktionskonzepte, die insbesondere den Faserverbund-Leichtbau effizienter, kostengünstiger und skalierbar zu machen. Die additive Fertigung mit Fiber Patch Placement ermöglicht Herstellern genau das.

Angetrieben von Elektromotoren und autonom gesteuert werden neue Luftfahrtkonzepte die Fortbewegung zumindest in Metropolregionen grundlegend verändern. Vor allem die in den nächsten 5-10 Jahren erwartete Einführung von Flugtaxis als neues demokratisches Fortbewegungsmodell in der dritten Dimension wird die Nachfrage nach neuen, günstigen (Luft-)Fahrzeugmodellen exponentiell steigern. Wichtigste Herausforderung für die Hersteller im Rahmen der Einführung: Technologien einsetzen, die bei anfänglich kleinen Stückzahlen wirtschaftlich arbeiten, aber mit dem erwarteten Marktwachstums effizient skalieren können. Nur so lassen sich Produktionsabläufe wirtschaftlich gestalten und kostspielige Neuqualifizierungen von Bauteilen aufgrund von Designänderungen vermeiden.

Auf funktionaler Ebene müssen die Hersteller strukturelles Gewicht, Nutzlast und Reichweite für die beabsichtigten Einsätze ausbalancieren. Das erfordert fast zwangsweise den Einsatz von besonders leichten und starken Faserverbundwerkstoffen. Typische Herstellungs­prozesse für Verbundwerkstoffe beinhalten jedoch entweder zahlreiche manuelle Arbeitsschritte und sind dementsprechend langsam, oder sie machen den Einsatz von Anlagen nötig, die trotz hoher Anschaffungskosten nach der Installation nur wenig flexibel sind. Der klassische 3D-Druck bietet zwar einen hohen Grad an Automation und Flexibilität, erfüllt aber häufig nicht die Anforderungen an Produktionsgeschwindigkeit und mechanische Eigenschaften.

Fiber Patch Placement (FPP) schließt im Faserverbund genau diese Lücke zwischen Produktivität, Flexibilität und Produktionskosten und bietet Effizienz auch bei kleinen Stückzahlen durch skalierbare Automatisierung. Angepasst an die Größe und Komplexität eines Bauteils arbeitet die Technologie additiv in „sinnvollen Inkrementen“. Roboter platzieren diskrete Faserelemente, sogenannte Patches, auf berechnete Positionen und realisieren so vollautomatisch geometrisch komplexe Faser-Layups. Eine technologiespezifische Software unterstützt Ingenieure mit CAD-, CAM- und FEA-Funktionen.

Da mit FPP der Produktionsausschuss konzeptbedingt fast vollständig eliminiert und die Faserarchitektur optimiert wird, verbraucht die Technologie mit ihrer additiven Fertigung nach bionischen Prinzipien 25-50% weniger Material als andere Technologien und kann in ähnlichem Maße Kosten und Prozesszeit reduzieren. Darüber hinaus ermöglichen die roboterbasierten FPP Systeme mit kurzen Rüstzeiten auch die wirtschaftliche Produktion verschiedener Bauteile auf einer Anlage. Bei steigenden Stückzahlen skalieren die Produktionskonzepte entsprechend und die Anlagen werden nach Bedarf erweitert. Auch ein Multi-Material Set-up mit paralleler Zuführung von mehreren Werkstoffen ist möglich – das ist insbesondere für Hybridbauteile und Sandwichstrukturen interessant, die das Leichtbaupotenzial nochmals steigern können. Produktionsabläufe werden mit Fiber Patch Placement in einem bislang nicht gekannten Maß flexibel, skalierbar und kosteneffizient – und stellen damit eine ideale Fertigungsbasis für den Leichtbau der Zukunft dar.

Über Cevotec:

Cevotec ermöglicht es Herstellern, komplexe Faserverbund-Bauteile in hoher Stückzahl und Qualität zu fertigen – durch Prozessautomation auf Basis der Fiber Patch Placement Technologie. Mit SAMBA bietet Cevotec individuell konfigurierbare Fertigungsanlagen für eine automatisierte Faserablage an, die besonders für anspruchsvolle 3D Bauteile und komplexe, multi-material Faserarchitekturen geeignet sind. ARTIST STUDIO ist die dazu passende CAE Software zur Laminaterstellung und automatisierten Roboterprogrammierung. Zusammen mit Entwicklungsdienstleistungen, die auch FE-basierte Modellierung und Simulation umfassen, bietet Cevotec die komplette Prozesskette vom digitalen Design bis zum fertigen Faserbauteil an.

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