PASSARO: Pionier für One-Shot, Out-of-Autoclave Composite-Cockpits für Clean Sky 2

Das PASSARO-Projekt (caPAbilities for innovative Structural and functional testing of AeROstructures) zielt darauf ab, neue multifunktionale Materialien zu entwickeln – die Geräuschdämmung und hohe Schlagfestigkeit integrieren – sowie Prüflösungen für neue Composite-Cockpits, die in einem Schritt (One-Shot) gefertigt und mit Out-of-Autoclave (OOA)-Technologien wie thermoplastischem Composite-In-situ-Konsolidierung und Flüssigharzinfusion ergänzt werden. Dieser Composite-Cockpit wurde von Airbus Defence and Space (Madrid, Spanien) während Clean Sky 1 auf Basis der C295 entwickelt. Das Projekt zielt auch auf die Automatisierung von Fertigungsprozessen sowie neue Testansätze basierend auf Industrie-4.0-Konzepten und die Entwicklung ergonomischer fortschrittlicher Konzepte zur Förderung des Pilotenkomforts und verbesserter Mensch-Maschine-Schnittstellen ab.

Das PASSARO-Projekt, Teil der Clean Sky 2 Airframe-Plattform, startete im Juli 2016 mit einer Gesamtdauer von 48 Monaten. Es umfasst elf Partner aus Portugal und Spanien, die in enger Zusammenarbeit mit Airbus Defence and Space arbeiten.

QUELLE: Clean Sky 2

Synergien mit dem portugiesischen MOSHO-Projekt

Viele Clean Sky 2 (CS2) Projekte teilen Synergien mit regionalen EU-Mitgliedsinitiativen (z. B. CORAC in Frankreich). Das PASSARO-Projekt hat komplementäre Aktivitäten mit portugiesischen nationalen F&E-Initiativen gefördert. Das MOSHO-Projekt (Advanced solutions for impact materials, repair of composite aero-structures and their monitoring) ergänzt PASSARO-Aktivitäten, an denen einige Partner beteiligt sind, und wird von ADS (Airbus Defence and Space) als Clean Sky 2 Koordinator für das Airframe ITD unterstützt. Das Projekt wird fortschrittliche Lösungen für die Reparatur von Composite-Luftfahrtstrukturen entwickeln und integrieren.

Abbildung 3: Technischer Umfang des MOSHO-Projekts QUELLE: https://www.cleansky.eu/commissioner-moedas-meets-passaro-at-isq

PASSARO-Kollaborative Roboter reduzieren Hand-Layup-Zykluszeit um bis zu 70 %

Im Rahmen der Ziele des PASSARO-Projekts zur Erforschung und Entwicklung des Einsatzes kollaborativer Roboter in der Composite-Fertigung entwickelte das OPTIMAL-Projekt eine praktische und kosteneffiziente automatisierte Lösung zum Ersatz des traditionellen Hand-Layup mit qualifizierten Materialien.

Traditionell ist die Herstellung von Composite-Bauteilen mit Prepreg im Wesentlichen eine Handarbeit, aber Schritte zur Automatisierung werden unternommen. Im vergangenen Jahrzehnt sind mehrere automatisierte Layup-Lösungen für relativ einfache Geometrien entstanden. Diese Lösungen sind oft teuer und erfordern häufig, dass Fabriken von Grund auf für ihre Installation neu konzipiert werden. Sie benötigen typischerweise spezielle Umgebungen in Form isolierter Zellen mit dedizierten Sicherheitssystemen. Als Alternative könnten kollaborative Roboter (Cobots) in bestehende Fertigungsabläufe integriert werden, um bestimmte Aufgaben zu automatisieren und die Produktivität zu steigern, ohne die Umgebung drastisch zu verändern.

Industrieroboter sind schnell, stark und haben außergewöhnliche Genauigkeit und Wiederholbarkeit, werden aber nur auf Optimierung des Endergebnisses ausgelegt. Im Vergleich sind Cobots langsamer, weniger genau und handhaben kleinere Lasten, verfügen aber über die nötigen Eigenschaften, um einfache Aufgaben, insbesondere neben Menschen, zu deutlich geringeren Kosten zu automatisieren. Cobots besitzen Kraftsensoren, die kleinste Stöße erkennen und sicher stoppen.

Ziel von OPTIMAL bei der Entwicklung von Cobot-Technologien ist es, die eigene Kapazität und die anderer Unternehmen zu verbessern, um wiederholbarere, qualitativ hochwertigere Produkte in großen Mengen und zu niedrigeren Preisen anzubieten.

Im Arbeitspaket 10 des PASSARO-Projekts wurden drei Hauptschritte mit kollaborativen Robotern entwickelt:

1. Lage-Aufnahme und Sortierung direkt vom automatisierten Lagenzuschnitt;
2. Lage-Abpellen in einer dedizierten Zelle;
3. Lage-Positionierung und -Stapeln in einem Werkzeug.

Zur Umsetzung wurde eine Zelle entwickelt, die Prepreg-Lagen vom Zuschnitt empfängt, diese automatisch abpellt und auf ein Werkzeug stapelt.

Kollaborative Roboter für Composite-Fertigung im PASSARO-Projekt. QUELLE: ISQ Group

Positionier- und Stapelaufgaben werden vom Roboterarm mit speziellen Sauggriffen für Prepreg-Handling ausgeführt. Der Abpeller ist eine komplexere Maschine, die Druckluft nutzt, um das Prepreg abzulösen, das durch zwei Beschichtungen geschützt ist – typischerweise eine Kunststoff- und eine Papierfolie oder zwei Kunststofffolien. Das Abpellkonzept basiert darauf, dass unterschiedliche Materialien bei gleichem Reiz unterschiedliche Frequenzen schwingen. Die unterschiedlichen Schwingungsfrequenzen erzeugen Lufttaschen zwischen Prepreg und Deckschichten. Der Plattenresonator justiert die Schwingungsamplitude für verschiedene Materialien. Dieser Prototyp erreichte Abpellraten von nahezu 100 % Erfolg für spezifische Materialien und eine Stapelgenauigkeit von ±0,5 mm in den beiden Freiheitsgraden in der Werkzeugebene und ±0,1° in der Rotation.

Der modulare Ansatz dieses Systems macht es unabhängig von Lagenabmessungen. Die Breite wird durch Hinzufügen weiterer paralleler Abpellmodule abgedeckt, die Länge durch Anpassen des Öffnungsbereichs des Abpellers. Diese Technologie bietet im Vergleich zum menschlichen Bediener eine klare Verbesserung bei Prozessgenauigkeit, Wiederholbarkeit und insbesondere Zykluszeit, mit Reduktionen bis zu 70 %.

Autoren: António Reis, Nicole Cruz, Marco Neves (OPTIMAL) und Rubén Buelga Sanchez (ADS). Für weitere Informationen kontaktieren Sie:
INEGI
Campus da FEUP
Rua Dr. Roberto Frias, 400
4200-465, Porto, Portugal
Tel: (+351) 229 578 710
E-Mail: passaro@inegi.up.pt