Mikrosam automatisiert thermoplastische Verbundwerkstoffe mit einem werkzeuglosen Multi-Roboter-Bestückungssystem

Mikrosam (Prilep, Mazedonien) stellt einen automatisierten Prozess zur Herstellung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen ohne den Einsatz von Formen oder Werkzeugen vor. Ein Forschungsprojekt zwischen Mikrosam, General Atomics Aeronautical Systems Inc. (GA-ASI, San Diego, Kalifornien, USA) und Composite Automation LLC (Cape Coral, Florida, USA) hat zur werkzeuglosen in-situ-Konsolidierung von Thermoplasten geführt .

Mikrosam nutzte seine fortschrittlichen Systeme für die automatisierte Faserplatzierung (AFP) und das automatisierte Tape-Layup (ATL), um eine integrierte Fertigungszelle mit zwei im Tandem arbeitenden Robotern zu schaffen:Ein Roboter legt thermoplastisches unidirektionales (UD)-Band auf, ein anderer Roboter fungiert als Werkzeug gegenüber der Platzierungskopf. Die Bewegungen der Roboter sollen präzise und koordiniert sein, um eine räumliche 3D-In-situ-Konsolidierung über mehrere Schichten hinweg zu erreichen.

Das System ist mit MikroPlace, der Simulations-, Steuerungs- und Automatisierungssoftware von Mikrosam, und MikroAutomate integriert, einer Software, die es mehreren Robotern ermöglicht, als eine einzige Zelle ein Verbundteil herzustellen. Mit dieser Integration hat Mikrosam die technischen Herausforderungen bei der Herstellung von 3D-Verbundteilen ohne zusätzlichen Autoklaven gemeistert. Das im Raum platzierte Material kann je nach gewünschter Endform an einem oder beiden Enden durch einen Metallrahmen zusammengehalten werden. Diese Anwendung des thermoplastischen Kohlefaser-3D-Drucks richtet sich an Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Schifffahrt, in denen der Bau eines neuen Dorns oder Werkzeugs nicht immer machbar ist oder in denen komplexe oder spezialisierte Anwendungen Flexibilität erfordern. Zu den aktuellen Kunden zählen laut Mikrosam Tier-1-Zulieferer der Luft- und Raumfahrt.

Das zum Patent angemeldete Multi-Roboter-3D-Drucksystem nutzt die Fortschritte von Mikrosam bei der Herstellung von in-situ konsolidierten thermoplastischen Teilen in den letzten Jahren. Die AFP- und ATL-Systeme von Mikrosam beinhalten eine Laser-Heizquelle mit präziser Temperatur- und Winkelsteuerung sowie eine geschlossene Rückkopplung mit thermischen Modellen. Ein weiteres Merkmal ist ein AFP-Kopf aus mehreren Materialien, der uni- und bidirektional auf offenen 3D-Formen und geschlossenen Dornoberflächen wie Rohren und Behältern platziert werden kann. Einfacher Spulenwechsel und Austausch des Lasers durch eine Infrarot-Heizquelle sollen die Zeit für den Material- und Technologiewechsel auf einem einzigen AFP-Kopf verkürzen.

Diese Technologie wurde auf der JEC World 2019 vorgestellt.