Kompozit Yapılar ve Uyarlanabilir Sistemler Enstitüsü, İnşaat Yöntemleri ve Yapısal Teknoloji Enstitüsü, Malzeme Araştırma Enstitüsü ve Hafif Üretim Teknolojisi Merkezi (ZLP) ile Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’nin (DLR) Stade ve Augsburg tesisleri ortaklaşa geliştirildi yüksek performanslı malzeme fiber-metal laminattan bileşenler üretmek için otomatik süreçler. Federal Ekonomi ve Enerji Bakanlığı’nın (BMWi) havacılık araştırma programı (LuFo) tarafından finanse edilen ProfiRumpf projesi kapsamında, ilk kez koordineli robotlar yardımıyla alüminyum-cam elyaf laminattan yapılmış çift eğimli gövde segmentleri üretilebildi. Kalite güvenceli.
Fiber Metal Laminat (FML), ince cam elyaf takviyeli plastik ve alüminyum katmanlarından oluşur ve örneğin A380’in gövdesinde zaten kullanılan özellikle dayanıklı bir malzemedir. Aynı uçak, FML kullanıldığında çok daha ince duvar kalınlıklarıyla ve dolayısıyla daha hafif inşa edilebilir. Ayrıca FML’den yapılan uçak parçaları, otomatik üretimde karbon fiber takviyeli plastikten (CFRP) yapılan parçalara göre daha uygun maliyetlidir. FML’yi ekonomik ve verimli bir şekilde üretmek için bileşenlerin yüksek oranda otomatik bir şekilde üretilmesi gerekir. DLR mühendisleri şimdi bunun için entegre bir çözüm geliştirdi. “FML’den büyük gövde segmentlerinin üretimi için otomatik ve kalite güvenceli süreçler geliştirdik ve test ettik. Bunu yaparken, yalnızca gelecekteki uçak modelleri için istenen döngü hızlarını elde edemedik, aynı zamanda son derece hassas, tekrarlanabilir kaliteyi de sağladık. DLR Enstitüsü’nün fiber kompozit hafif yapı ve adaptronik için genel proje yöneticisi Hakan Uçan, “diyor.
Birçok adım – bir süreç
FML’den yapılmış bir gövde kabuğunun üretim süreci birçok bireysel adımdan oluşur. Bu adımlardan biri katmanları oluşturmaktır. Alüminyum folyo, cam elyafı ve yapışkan filmden oluşan ayrı katmanlar robotlar tarafından otomatik olarak serilir. Biriktirilen alüminyum boşlukların konumlandırma doğruluğu, lazer tabanlı bir işlem kullanılarak sağlanır. Cam elyafı döşenirken, bir lazer sensörü ayrıca münferit elyaf ağları arasında istenmeyen boşluklar olup olmadığını veya malzemede kusurlar olup olmadığını kontrol eder.
Bileşen daha sonra bir otoklavda sertleştirilir – burada DLR BALU® araştırma otoklavında. Sertleşme süreci, bileşenin yüksek kalitede üretilmesini sağlamak için özel sensörler kullanılarak hassas bir şekilde izlenebilir. Augsburg’daki Hafif Üretim Teknolojisi Merkezi’nden (ZLP) Dorothea Nieberl, “DLR’nin görevi, tüm bireysel adımları otomatik bir sürece dönüştürmekti” diye açıklıyor. “Yüksek proses güvenilirliği ve sabit ürün kalitesi için sürekli bir üretim zinciri şarttır. Üretim sürecinin hangi noktalarında entegre bir testin gerekli, mümkün ve nihayetinde ekonomik olduğunu doğrulayabildik.”
Hedefe birleşik güçlerle
2009’dan bu yana, Stade ve Augsburg’daki ZLP’de fiber kompozit bileşenlerin otomatik üretimine yönelik araştırma tesisleri işletilmektedir. O kadar esnektirler ki, farklı malzeme kombinasyonlarına sahip bileşenlerin üretimi için uyarlanabilirler. Augsburg’daki ZLP’de, kavisli alüminyum folyolar ilk kez çok robotlu bir sistem Fiber Yerleştirme (AFP) teknolojisi kullanılarak kalite güvenceli bir şekilde döşenebildi. Stade tesislerinin sanal bir görüntüsü var, böylece gerçek üretimden önce bir simülasyon aracılığıyla optimum süreç belirlenebiliyor. Ek olarak, geliştirilen yazılım, bileşenlerin kalitesinin otomatik, eş zamanlı ve müteakip test edilmesini sağlar. Diğer sinerji yönleri, enstitülerde yürütülen temel araştırmalardan kaynaklanmıştır. Köln’deki Malzeme Araştırma Enstitüsünde, perçin delikleri olan FML’nin gerçekçi baskılar altındaki davranışı çift eksenli testlerle belirlenebilir. Sonuçlar nihayetinde malzemenin sınırlarını daha fazla kullanmaya ve böylece ağırlıktan tasarruf etmeye hizmet edebilir.
Aktarılabilir sonuçlar
Elde edilen bilgi, yalnızca FML bileşenlerinin otomatik üretimi için çığır açmaz, aynı zamanda CFRP gibi diğer kompozit malzemelerin üretim sürecine de aktarılabilir. Hakan Uçan, DLR’nin bu alanda daha fazla araştırma için neden vazgeçilmez olduğunu açıklıyor: “Araştırma tesislerimizle, büyük ölçekli yapısal bileşenleri otomatik olarak üretebiliyoruz. Bunlar, 1:1 ölçekli testler için ideal. bir teknolojiyi daha fazla geliştirme çabası olmadan endüstriyel üretime aktarılabilmesi için yüksek olgunluk derecesine kadar geliştirme seçeneği.”
Projedeki araştırma ve endüstri ortakları arasında Fraunhofer Society, Airbus ve tedarikçileri Premium Aerotec, Fokker ve Stelia Aerospace yer aldı.
Fiber Metal Laminat (FML), ince cam elyaf takviyeli plastik ve alüminyum katmanlarından oluşur ve örneğin A380’in gövdesinde zaten kullanılan özellikle dayanıklı bir malzemedir. Aynı uçak, FML kullanıldığında çok daha ince duvar kalınlıklarıyla ve dolayısıyla daha hafif inşa edilebilir. Ayrıca FML’den yapılan uçak parçaları, otomatik üretimde karbon fiber takviyeli plastikten (CFRP) yapılan parçalara göre daha uygun maliyetlidir. FML’yi ekonomik ve verimli bir şekilde üretmek için bileşenlerin yüksek oranda otomatik bir şekilde üretilmesi gerekir. DLR mühendisleri şimdi bunun için entegre bir çözüm geliştirdi. “FML’den büyük gövde segmentlerinin üretimi için otomatik ve kalite güvenceli süreçler geliştirdik ve test ettik. Bunu yaparken, yalnızca gelecekteki uçak modelleri için istenen döngü hızlarını elde edemedik, aynı zamanda son derece hassas, tekrarlanabilir kaliteyi de sağladık. DLR Enstitüsü’nün fiber kompozit hafif yapı ve adaptronik için genel proje yöneticisi Hakan Uçan, “diyor.
Birçok adım – bir süreç
FML’den yapılmış bir gövde kabuğunun üretim süreci birçok bireysel adımdan oluşur. Bu adımlardan biri katmanları oluşturmaktır. Alüminyum folyo, cam elyafı ve yapışkan filmden oluşan ayrı katmanlar robotlar tarafından otomatik olarak serilir. Biriktirilen alüminyum boşlukların konumlandırma doğruluğu, lazer tabanlı bir işlem kullanılarak sağlanır. Cam elyafı döşenirken, bir lazer sensörü ayrıca münferit elyaf ağları arasında istenmeyen boşluklar olup olmadığını veya malzemede kusurlar olup olmadığını kontrol eder.
Bileşen daha sonra bir otoklavda sertleştirilir – burada DLR BALU® araştırma otoklavında. Sertleşme süreci, bileşenin yüksek kalitede üretilmesini sağlamak için özel sensörler kullanılarak hassas bir şekilde izlenebilir. Augsburg’daki Hafif Üretim Teknolojisi Merkezi’nden (ZLP) Dorothea Nieberl, “DLR’nin görevi, tüm bireysel adımları otomatik bir sürece dönüştürmekti” diye açıklıyor. “Yüksek proses güvenilirliği ve sabit ürün kalitesi için sürekli bir üretim zinciri şarttır. Üretim sürecinin hangi noktalarında entegre bir testin gerekli, mümkün ve nihayetinde ekonomik olduğunu doğrulayabildik.”
Hedefe birleşik güçlerle
2009’dan bu yana, Stade ve Augsburg’daki ZLP’de fiber kompozit bileşenlerin otomatik üretimine yönelik araştırma tesisleri işletilmektedir. O kadar esnektirler ki, farklı malzeme kombinasyonlarına sahip bileşenlerin üretimi için uyarlanabilirler. Augsburg’daki ZLP’de, kavisli alüminyum folyolar ilk kez çok robotlu bir sistem Fiber Yerleştirme (AFP) teknolojisi kullanılarak kalite güvenceli bir şekilde döşenebildi. Stade tesislerinin sanal bir görüntüsü var, böylece gerçek üretimden önce bir simülasyon aracılığıyla optimum süreç belirlenebiliyor. Ek olarak, geliştirilen yazılım, bileşenlerin kalitesinin otomatik, eş zamanlı ve müteakip test edilmesini sağlar. Diğer sinerji yönleri, enstitülerde yürütülen temel araştırmalardan kaynaklanmıştır. Köln’deki Malzeme Araştırma Enstitüsünde, perçin delikleri olan FML’nin gerçekçi baskılar altındaki davranışı çift eksenli testlerle belirlenebilir. Sonuçlar nihayetinde malzemenin sınırlarını daha fazla kullanmaya ve böylece ağırlıktan tasarruf etmeye hizmet edebilir.
Aktarılabilir sonuçlar
Elde edilen bilgi, yalnızca FML bileşenlerinin otomatik üretimi için çığır açmaz, aynı zamanda CFRP gibi diğer kompozit malzemelerin üretim sürecine de aktarılabilir. Hakan Uçan, DLR’nin bu alanda daha fazla araştırma için neden vazgeçilmez olduğunu açıklıyor: “Araştırma tesislerimizle, büyük ölçekli yapısal bileşenleri otomatik olarak üretebiliyoruz. Bunlar, 1:1 ölçekli testler için ideal. bir teknolojiyi daha fazla geliştirme çabası olmadan endüstriyel üretime aktarılabilmesi için yüksek olgunluk derecesine kadar geliştirme seçeneği.”
Projedeki araştırma ve endüstri ortakları arasında Fraunhofer Society, Airbus ve tedarikçileri Premium Aerotec, Fokker ve Stelia Aerospace yer aldı.