Faserverbund-Preforms sollten von hoher Qualität und Reproduzierbarkeit sein, aber nur eine kurze Produktionszeit erfordern. Die Entwicklung komplexer 3D-Formen mit exzellenter Laminatqualität bei möglichst wenig Ausschuss ist daher eine ständige Herausforderung. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Produktion, was zu Drapierungsfehlern wie Knicken, Falten oder Lücken führen kann, wenn das Laminat nicht passend entworfen wurde. Bei automatisierten Faserlege-Systemen können diese Fehler durch digitales Laminatdesign effizient vermieden werden. Dazu verwendet die ARTIST STUDIO Software von Cevotec einen Drapierungsalgorithmus zur exakten Visualisierung der Patchplatzierung.

„Um einen minimalen Überlappungsbereich zu gewährleisten und gleichzeitig ungewollte Lücken im Laminat zu verhindern, nutzt ARTIST STUDIO nun einen integrierten Drapieralgorithmus“, erklärt Herbert Weidinger, Software und Projekt Ingenieur bei Cevotec. Dadurch entfallen separate Drapierungsanalysen und ARTIST STUDIO kann noch besser mit sehr stark gekrümmten Oberflächen umgehen, insbesondere bei größeren Patchgrößen.“

Bei traditionellen, schichtbasierten Verbundbauteilen kommt es beim Auftragen eines Gewebes auf eine Hemisphäre immer zu Falten und Knicken an bestimmten Stellen. Diese Falten und Knicke können durch eine Anpassung der Scherwinkelverteilung bis zu einem gewissen Grad vermieden werden, allerdings auf Kosten einer Abweichung von der gewünschten Faserorientierung. Bei Fiber Patch Placement spielen Drapier-Effekte in der Regel keine große Rolle, da die Patches für die meisten Anwendungen im Vergleich zu den Oberflächenkonturen klein sind. Wenn jedoch größere Patches angewendet werden, muss, ab einem gewissen Punkt, ein Drapieralgorithmus zur Anwendung kommen, um gute Resultate zu erzielen.

Mit dem kinematischen Drapieren, auch bekannt als geometrisches Drapieren oder Fischnetzalgorithmus, prognostizieren Weidinger und seine Kollegen die Kontur jedes einzelnen Patches innerhalb eines Laminats genau. „Gerade beim Patchen von Leichtbaustrukturen für die Luftfahrtindustrie ist Genauigkeit von größter Bedeutung“, betont Weidinger und fährt mit einem Beispiel fort: Wenn eine Leichtbauanwendung die vollständige Abdeckung einer Fläche mit einer einzigen Lage von Patches erfordert, müssen die überlappenden Bereiche zwischen den Patches minimiert werden, um Gewicht zu sparen, aber gleichzeitig dürfen keine Lücken entstehen.

Das FPP-Design-Modul PATCH ARTIST beschreibt präzise die Position und Form aller Patches im Laminat. Eine schnelle und effiziente Möglichkeit, dies für einfache Geometrien zu tun, besteht darin, einen flachen Patch auf die Oberfläche zu projizieren. Bei anspruchsvolleren, z.B. stark gekrümmten Oberflächen ist die Projektion jedoch nicht exakt genug und es kommt zu Abweichungen zwischen der vorhergesagten und der tatsächlichen Patchform. Der Grund dafür ist, dass die Projektion nur eine Schätzung der tatsächlichen Form liefert und somit die Oberfläche des Patches in der Projektion etwas größer ist als in Wirklichkeit, wenn es sich um nicht ebene Flächen handelt. Aber auch diese kleine Abweichung kann in einigen Anwendungsfällen fatal sein. Mit dem integrierten Drapier-Algorithmus von ARTIST STUDIO werden diese Abweichungen zuverlässig vermieden. Anstelle der Projektion werden genaue Berechnungen durchgeführt.

Einfach zu bedienen und in seinen Ergebnissen so präzise wie erforderlich, trägt der Drapier-Algorithmus definitiv zur Verbesserung des Designs von Faserverbundteilen bei und gewährleistet, dass Bauteile mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und minimalem Gewicht produzieren werden können.

Über Cevotec:

Cevotec ermöglicht es Herstellern, komplexe Faserverbund-Bauteile in hoher Stückzahl und Qualität zu fertigen – durch intelligente Prozessautomation auf Basis der Fiber Patch Placement Technologie. Mit SAMBA Series bietet Cevotec eine individuell konfigurierbare Automatisierungsplattform für eine automatisierte Faserablage an, die besonders für anspruchsvolle 3D-Geometrien und multimateriale Laminate mit komplexer Faserarchitektur geeignet ist. ARTIST STUDIO ist die zugehörige CAE-Software zur Laminaterstellung und automatisierten Roboterprogrammierung. Neben Entwicklungsdienstleistungen, die FE-basierte Modellierung und Simulation beinhalten, bietet Cevotec die komplette Prozesskette vom digitalen Design bis zum fertigen Faserbauteil an.