Page 19 - ILK Forschungsbericht 2020

Promotion Dr.-Ing. Tilman Orth

LED-basiertes Erwärmungssystem für den Einsatz

im Automated-Fibre-Placement

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. Niels Modler

Der Einsatz kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe im liefern und schnelle Reaktionszeiten zu erzielen. Ein neu
Strukturleichtbau ziviler Luftfahrzeuge wird erheblich entwickeltes ein numerisches Modell des Energieeintrags
durch Produktionsautomatisierung getrieben. Einzelne und der Erwärmung erlaubt eine robustere Prozessge-
Komponenten der für die Verarbeitung duroplastischer staltung durch eine präzise Vorhersage der Erwärmung
Werkstoffe genutzten Automated-Fibre-Placement-An- des Materials wurde. Das Modell berücksichtigt den Ein-
lagen (AFP) bieten jedoch noch erhebliches Potential für fluss jeder einzelnen LED und kann so die lokale Ver-
die Steigerung der Leistungsfähigkeit des Prozesses. Ins- teilung des Energieeintrags vorhersagen und dadurch
besondere ist der prozessspezifische Entwicklungs- und steuerbar machen. Eine so ermittelte optimierte Konfi-
Kenntnisstand des Erwärmungssystems gegenüber der guration bietet eine sehr gleichmäßige Bestrahlung und
Verfahrensvariante mit thermoplastischen Werkstoffen dadurch Erwärmung, die experimentell bestätigt wurde.
weniger fortgeschritten. So weisen die dort genutzten Di-
odenlaser Vorteile in der Reaktionszeit, der Homogenität Das entwickelte, neuartige LED-Erwärmungssystem er-
der Erwärmung und ihrer Regelbarkeit gegenüber den im möglicht durch die Kombination der Vorteile von Infra-
AFP genutzten Infrarotstrahlern auf, welche jedoch einen rotstrahlern und Diodenlasern wesentliche Fortschritte
geringeren Bauraumbedarf sowie geringere Kosten und für die Weiterentwicklung des industriellen AFP. So er-
Sicherheitsanforderungen bieten. geben sich durch die Verwendung standardisierter LEDs
und dem damit ermöglichten flexiblen Aufbau des Erwär-
Um die Vorteile beider Erwärmungssysteme für das AFP mungssystems Möglichkeiten zur Kostensenkung in der
zu kombinieren, wurde ein neuartiges Erwärmungssys- Entwicklung neuer Ablegeanlagen. Der Betrieb und die
tem mit einer Vielzahl LEDs als Strahlungsquellen entwi- Wartung solcher Anlagen kann zudem energieeffizienter
ckelt. Prozess- und Materialuntersuchungen ermöglichen und damit günstiger gestaltet werden. Weiterhin ergibt
die Auswahl geeigneter LEDs. Deren geschickte anlagen- sich durch eine zuverlässigere Messung der Tempera-
technische Integration zu einer Strahlereinheit erlaubt tur die Möglichkeit, robustere Regelkreise zu integrieren.
eine aktive Kontrolle der Strahlungsverteilung zur An- Dies wird weiter begünstigt durch die schnelle Reaktion
passung an unterschiedliche Prozessgegebenheiten. Die der Strahlungsquellen, was zudem eine Reduktion der
Erprobung auf einer Laboranlage belegt die Eignung den Fertigungszeit insbesondere bei komplexen Bauteilen
benötigten Wärmeeintrag für den Prozess zuverlässig zu ermöglicht.

Versuchsstand mit LED-Erwärmungssystem (li.), Bestrahlungs- und Erwärmungsmodell (re.)

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