Die Forschung rund um Produktionsprozesse im Bereich der Faserverbundwerkstoffe wird künftig zunehmend durch die Automatisierung geprägt. Das DLR Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie in Augsburg befasst sich mit allen Schritten der Produktion von CFK-Bauteilen. Kernstück des Standorts ist dabei die Multifunktionale Zelle (MFZ). Die MFZ ist eine robotergestützte Forschungsplattform, die es erlaubt verschiedenste Fertigungsprozesse von großen CFK-Strukturen der Luft- und Raumfahrtindustrie auf ihre Automatisierbarkeit hin zu untersuchen.
Automatisierung im Industriemaßstab
Die MFZ verfügt über drei Portal- sowie zwei Knickarm Roboter mittlerer Traglast, welche zur hochgenauen Fertigung von Faserverbundbauteilen eingesetzt werden können. Kooperierende oder allein agierende Roboter führen dabei viele einzelne Prozessschritte, angefangen bei der Materiallogistik, über das Ablegen und Drapieren biegeschlaffer technischer Textilien bis hin zur Endmontage, durch. Auch die Handhabung großer Bauteile wird durch die circa 30 Meter lange Tragkonstruktion ermöglicht. Hierfür entwickelt das ZLP multivariantenfähige, hochflexible Zellen- und Anlagenkonzepte und setzt diese um. Die Anordnung mehrerer Roboter in einer gemeinsamen Struktur erlaubt es, verschiedene Teilschritte dieser Prozesskette gleichzeitig im Verbund oder auch unabhängig voneinander zu bearbeiten.
Damit wird eine Grundlage geschaffen, um unterschiedliche Fertigungs- und Produktionsszenarien auf ihre Wirtschaftlichkeit hin zu untersuchen und schließlich die Attraktivität von faserverstärkten Kunststoffen als Werkstoff weiter zu erhöhen.
Hochgenaue Bauteilfertigung
Für die Sicherstellung der Funktion von Faserverbundstrukturen auch in sicherheitskritischen oder strukturtragenden Anwendungen ist die Bauteilgüte das entscheidende Kriterium. Für eine hohe Bauteilqualität ist dabei nicht zuletzt die Fertigungsgenauigkeit von entscheidender Bedeutung. Diese wiederum wird entscheidend dadurch bestimmt, wie genau man die Roboter positionieren kann. Dazu wird in der MFZ ein multi-modaler Ansatz verfolgt. Durch eine Kombination aus externer Sensorik und zusätzlichen mechanischen Modellen, entwickelt in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik, werden die benötigten Fertigungstoleranzen sichergestellt.
Intelligente Interaktion von Mensch und Maschine
Auch der Mensch spielt bei der Fertigung von CFK eine entscheidende Rolle. Aktuelle Fertigungsprozesse erfordern Fachwissen über CFK, Improvisationsvermögen und komplexe Manipulations-aufgaben. Diese Anforderungen werden heute von modernen Industrieroboter-systemen noch nicht erfüllt. Deshalb entwickelt das ZLP in Augsburg ebenfalls in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Robotik und Mechatronik, Methoden zur sicheren Integration des Menschen in Fertigungsprozesse, welche es erlauben die jeweiligen Stärken von Roboter und Mensch optimal verbinden.