Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden zwei additiven Fertigungsverfahren, Automated Fiber Placement (AFP) und Additive Layer Manufacturing (ALM) unter Verwendung thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe kombiniert. Weiterhin kommt künstliche Intelligenz zur Optimierung und Minimierung der Fehler im Fertigungsprozess zum Einsatz. Durch die Kombination dieser drei Methoden in einem automatisierten Fertigungsprozess lassen sich leichtere und kostengünstigere Faserverbundbauteile in homogeneren Serien herstellen. Endlosfasern wie Kohlenstofffasern können durch ihre mechanischen Eigenschaften die Leistung dieser Methoden signifikant erhöhen
Aktualisiert: 2023-06-08
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Der Trend in der Luftfahrtbranche hin zum Einsatz von endlosfaserverstärkten Kunststoffen mit thermoplastischen Matrixsystemen erfordert die Entwicklung geeigneter Fertigungstechnologien. Das roboterbasierte Automated Fiber Placement vereint hohes Automatisierungspotenzial mit robuster Prozesstechnik und ist für die Verarbeitung von duromerbasierten Prepregs bereits etabliert. Für thermoplastische Prepregs kann das Verfahren in verschiedenen Prozessketten eingesetzt werden, der Technologiereifegrad muss jedoch zum jetzigen Stand im Vergleich zu duromeren Prepregs als geringer bewertet werden. So mangelt es insbesondere an Tiefenverständnis, wie sich die Prozessparameter und die zentralen Designparameter der prozessspezifischen, tow-diskreten Faserarchitektur des thermoplastischen Automated Fiber Placement (TAFP) auf die Bauteilqualität auswirken. Ziel dieser Arbeit war die Adressierung dieser Forschungslücke durch experimentelle Untersuchungen auf Couponebene.
Die Ergebnisse dieser Arbeit schaffen Verständnis hinsichtlich der Einflüsse der zentralen, prozessspezifischen Designparameter auf die Bauteilqualität in TAFP-basierten Prozessketten und geben Empfehlungen hinsichtlich der Erstellung entsprechender Designguides. Dies umfasst materialspezifische Grenzwerte des minimalen Krümmungsradius für Bahnkurven, sowie generelle Hinweise zur Ausführung von Sektorkonvergenzzonen in Abhängigkeit der Prozesskette. Dadurch leistet die Arbeit einen Beitrag zur zukünftigen Nutzung von komplexen Faserarchitekturen in TAFP, welche konsequente Ausnutzung des mechanischen Potenzials von unidirektionalen Materialien durch lastpfadgerechtes Design ermöglichen. Für den zukünftigen Einsatz der entwickelten Charakterisierungsmethoden bietet sich, neben einer Ausweitung der Untersuchungen auf andere Materialsysteme, eine Anwendung im Prozess Engineering und der Qualitätssicherung an.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden zwei additiven Fertigungsverfahren, Automated Fiber Placement (AFP) und Additive Layer Manufacturing (ALM) unter Verwendung thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe kombiniert. Weiterhin kommt künstliche Intelligenz zur Optimierung und Minimierung der Fehler im Fertigungsprozess zum Einsatz. Durch die Kombination dieser drei Methoden in einem automatisierten Fertigungsprozess lassen sich leichtere und kostengünstigere Faserverbundbauteile in homogeneren Serien herstellen. Endlosfasern wie Kohlenstofffasern können durch ihre mechanischen Eigenschaften die Leistung dieser Methoden signifikant erhöhen
Aktualisiert: 2023-04-09
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Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden zwei additiven Fertigungsverfahren, Automated Fiber Placement (AFP) und Additive Layer Manufacturing (ALM) unter Verwendung thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe kombiniert. Weiterhin kommt künstliche Intelligenz zur Optimierung und Minimierung der Fehler im Fertigungsprozess zum Einsatz. Durch die Kombination dieser drei Methoden in einem automatisierten Fertigungsprozess lassen sich leichtere und kostengünstigere Faserverbundbauteile in homogeneren Serien herstellen. Endlosfasern wie Kohlenstofffasern können durch ihre mechanischen Eigenschaften die Leistung dieser Methoden signifikant erhöhen
Aktualisiert: 2023-04-19
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In dieser Arbeit ist eine thermografische Überwachung für den Automated-Fiber-Placement-Prozess entwickelt und umgesetzt worden, die Fertigungsfehler in den thermischen Prozessbildern mittels neuronaler Faltungsnetzwerke detektiert und klassifiziert. Zudem können die Temperaturen von fehlerfrei abgelegten Tows nach der Kompaktierung in Abhängigkeit von vier Prozessparametern berechnet werden. Folglich lassen sich aus den thermischen Prozessbildern Differenzbilder berechnen, in denen das thermische Temperaturverhalten der Tows aufgrund des AFP-Prozesses kompensiert wird. Die Zusammenführung der Fehlerklassifizierung mit der Differenzbildanalyse die Segmentierung der detektierten Fehler, um auf Grundlage der thermischen Prozessbilder geometrische und thermische Fehlereigenschaften zu bestimmen.
Aktualisiert: 2020-11-11
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In dieser Arbeit ist eine thermografische Überwachung für den Automated-Fiber-Placement-Prozess entwickelt und umgesetzt worden, die Fertigungsfehler in den thermischen Prozessbildern mittels neuronaler Faltungsnetzwerke detektiert und klassifiziert. Zudem können die Temperaturen von fehlerfrei abgelegten Tows nach der Kompaktierung in Abhängigkeit von vier Prozessparametern berechnet werden. Folglich lassen sich aus den thermischen Prozessbildern Differenzbilder berechnen, in denen das thermische Temperaturverhalten der Tows aufgrund des AFP-Prozesses kompensiert wird. Die Zusammenführung der Fehlerklassifizierung mit der Differenzbildanalyse die Segmentierung der detektierten Fehler, um auf Grundlage der thermischen Prozessbilder geometrische und thermische Fehlereigenschaften zu bestimmen.
Aktualisiert: 2021-02-11
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