AddFiberFab

Additive Herstellungsverfahren für Verbundstrukturen im Bauwesen

Entwicklung eines Faserablegekopfes für die robotergestützte additive Fertigung von großformatigen, gewickelten Carbon- und Glasfaserkomponenten

In dem Forschungsprojekt AddFiberFab wird die Herstellung von großen und robotergewickelten Faserverbundbauteilen weiterentwickelt, um freitragende und individuell lastangepasste Tragwerke für die Bauindustrie herzustellen. Die Komponenten können ohne Wickelkern produziert werden. Computergestützte Verfahren ermöglichen unterschiedliche Fasermuster für jedes Bauteil, so dass hochgradig lastangepasste Multimaterialbauteile unter Ausnutzung ihrer gesamten Struktur erzeugt werden können. So wird der steigenden Nachfrage nach ressourceneffizienter Materialnutzung in der Bauindustrie nachgekommen.

Im additiven Herstellungsprozess werden mehrere Fasern nacheinander zu Komponenten verarbeitet, deren Dimensionen und Fasertaxonomie an die Anforderungen an die Gesamtstruktur im Anwendungsfall angepasst werden können. Veränderliche Komponenten können mit einem einzigen Produktionsaufbau systematisch aufgebaut werden.

 (c) ICD, Universität Stuttgart
Skalierbarer Roboter-Wickelaufbau

Die Besonderheit des Herstellungsprozesses ist das kernlose Wickeln. Die Fasern werden von einem sechsachsigen Roboter zwischen zwei Rahmen frei gespannt. Dies ermöglicht hochkomplexe Multimaterialkomponenten. Allerdings ist die Bewegungsprogrammierung und die Interaktion zwischen den Wickelrahmen sowie mit der zusätzlichen externen Achse nicht trivial.

 (c)
Integration von Sensoren: 1. Gatter, 2. Faserlängensensor, 3. Spannungsregelung, 4. Temperatur in Imprägnierkammern, 5. optische Überwachung von Fasern, 6. Bestimmung der Faserqualität, 7. Kraft/Drehmoment-Auswertung, 8. optische Überwachung der Faserablage

Das ITFT konzentriert sich auf die Entwicklung und Optimierung eines neuen Faserablagekopfes für das robotische Set-up sowie der benötigten Peripheriegeräte, wie Gatter- oder Harz-/Härterversorgung. Die hochwertige gleichzeitige Platzierung von sechs Carbon- oder Glasrovings wird durch die Integration mehrerer Sensoren zur Online-Qualitätsüberwachung im Roboterkopf ermöglicht. Einige der Sensoren und Messkonzepte werden ganz neu entwickelt. Der wichtigste Aspekt ist die Echtzeit-Anpassung der Wickelparameter auf Basis der Sensordatenanalyse.

Ein Ziel des Projekts ist es, die Technologie für den Bau eines Großdemonstrators in Form eines halbkugelförmigen Pavillons für die Bundesgartenschau 2019 in Heilbronn bereitzustellen. Die gewickelten Komponenten werden zusammengebaut und mit einer lichtdurchlässigen Folie abgedeckt.

Die Eröffnung ist für den 17.04.19 geplant.

Projektlaufzeit

Juni 2017 – Mai 2019

Project team

ITFT Institut für Textil- und Fasertechnologien, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser, Pascal Mindermann

ICD Institut für Computerbasiertes Entwerfen, Universität Stuttgart
Prof. Achim Menges, Serban Bodea, Niccolò Dambrosio

ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Valentin Koslowski

Assozierte Partner

SGL Carbon GmbH, Jochen Gast
Hexion Stuttgart GmbH, Johannes Meunier
Kuka Roboter GmbH, Frank Zimmermann
Landesagentur für Leichtbau Baden Württemberg, Dr. Wolfgang Seeliger
Allianz für Faserbasierte Werkstoffe Baden-Württemberg (AFBW), Ulrike Möller
Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung (DITF), Prof. Dr.-Ing. Markus Milwich
Institut für Flugzeugbau (IFB) University of Stuttgart, Prof. Dr.-Ing. Peter Middendorf

Förderung

Die Forschung wurde unterstützt durch die Baden-Württemberg Stiftung / Projekt AddFiberFab.

Ansprechpartner

 

Pascal Mindermann, M. Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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