IMPULS - Fraunhofer IGCV

Technologien für die effiziente Flugzeugspantproduktion

Der Automated Fiber Placement (AFP) Prozess bietet enormes Potenzial für die Entwicklung innovativer Lösungen für CFK-Bauteile. Zahlreiche vorangegangene Forschungsprojekte sprechen für den Erfolg der Technologie: beispielsweise die Fertigung von Türrahmenstrukturen des Airbus A350.

Im Engineering, in der Material- und Instandhaltung, sowie in der Qualitätskontrolle entstehen dabei jedoch Kostenpunkte, die einer deutlich breiteren Verwendung der Technologie aus wirtschaftlichen Gründen entgegenstehen. Diesen Herausforderungen widmete sich das Fraunhofer IGCV innerhalb des Verbundvorhabens »Innovative, mittelfristig implementierbare und kostensparende Lösungen für CFK-Rumpfstrukturbauteile« (IMPULS) im Luftfahrtforschungsprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (FKZ 20W1526F).

Info »IMPULS«

Projektlaufzeit: Oktober 2016 bis September 2019
Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) – Luftfahrtforschungsprogramm V Zweiter Aufruf (LuFo V-2)
Projektpartner: Fraunhofer IFAM, Airbus Operations GmbH, Technische Universität Dresden, Ferdinand Stükerjürgen GmbH & Co.KG, Premium Aerotec GmbH, SimpaTec Simulation & Technology Consulting GmbH, IMA GmbH, HBW-Gubesch Thermoforming GmbH, Faserinstitut Bremen e.V., FFT Produktionssysteme GmbH & Co. KG, Airbus Helicopters Deutschland GmbH, Technische Universität Chemnitz, Neue Materialien Bayreuth GmbH, Universität Stuttgart, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Cotesa GmbH, Cetex Institut, Broetje-Automation GmbH, Airbus Defence and Space GmbH

© Fraunhofer IGCV
Potenzial zur Einsparung von Ressourcen durch die Automatisierung der Konstruktion und der NC-Programmierung beim Engineering-Prozess von Flugzeugspanten

© Fraunhofer IGCV
Entwicklung eines ereignisbasierten Modells mit mathematischer Optimierung zur Minimierung der Material- und Messerwechselkosten

Engineering – Automatisierung der Konstruktion

Im Bereich des Engineerings wurde die Automatisierung der Konstruktion sowie der NC-Programmierung zur Vorbereitung für den Automated Fiber Placement Prozess realisiert. Hierbei konnten manuelle Arbeitsschritte durch den Einsatz von eigens entwickelten Algorithmen minimiert werden. Dabei konnte anhand des projektspezifischen Demonstratorbauteils bis zu 62 Prozent der Arbeitszeit eingespart werden.

Dynamische Prozessoptimierung

Im Themenfeld Material- und Instandhaltung wurde ein ereignisbasiertes Modell auf Basis von mathematischen Optimierungen zur Minimierung der Material- und Messerwechselkosten umgesetzt. Bei der prototypischen Umsetzung konnten so bis zu 19 Prozent der Kosten gespart werden.

Qualitätsbewertung der Ablage und »Smart First Article Inspection Application«

Die Qualitätskontrolle der Einzellagen des Automated Fiber Placement Prozesses erfolgt aktuell in den meisten Fällen manuell per Sichtprüfung. Innerhalb des Projekts wurde ein optisches Messsystem in die Prozesskette integriert und zur Überprüfung der Ablagequalität eingesetzt. Darüber hinaus konnte eine »Smart First Article Inspection Application« zur qualitativen Erstabnahme von Serienbauteilen prototypisch umgesetzt und validiert werden. In Summe ergibt sich daraus eine automatisierte Überwachung der Ablagekriterien und -qualität und damit ein enormes Einsparpotzenzial hinsichtlich der Kosten sowie der Arbeitszeit.

Die Erfahrungen des Fraunhofer IGCV im Bereich des Automated Fiber Placement konnten in diesem Projekt eingesetzt werden, um die Vorgänger und Folgeschritte des eigentlichen Fertigungsprozesses weiter zu optimieren und somit eine kosten- und ressourceneffizientere Gesamtprozesskette darzustellen.