KUKA manipuluje s díly vyztuženými uhlíkovými vlákny u DLR

CFK Nord ve Stade byla založena jako samostatné moderní výzkumné středisko pro firmy zabývající se výrobou dílů z plastu zesíleného uhlíkovými vlákny. Jedním z uživatelů je Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR). Společně s KUKA vyvinula DLR automatizované výrobní zařízení pro účely výzkumu.

Výchozí situace

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) si dalo za cíl vyvinout efektivní výrobní technologie pro díly vyztužené uhlíkovými vlákny. Na nové, 45 metrů dlouhé, výrobní lince vznikají díly vyztužené uhlíkovými vlákny - například žebra – plně automaticky. Dosud byla výroba dílů pro letadla vyztužená uhlíkovými vlákny velmi drahá a spojená s vysokými nároky na ruční práci. DLR, jako čistě výzkumné zařízení, by to chtělo pro budoucí generace letadel změnit.

Díl vyztužený uhlíkovými vlákny je lehký a stabilní, ovšem vysoké požadavky výrobců letadel budou splněny jen tehdy, když bude celý průběh procesu a tím i kvalita reprodukovatelná. Neboť, na rozdíl od hliníku, může mít díl vyztužený uhlíkovými vlákny velmi rozdílnou kvalitu, když nejsou například směry vláken optimálně položeny nebo do vrstveného materiálu proniká přes řezné hrany vlhkost. Mimoto nejsou na materiálu zevně vidět případná mechanická poškození. Proto se musí při výrobě dbát na maximální přesnost.

Úloha

Na zkušební lince se vyrábí objemové díly s obrysy blízkými konečnému produktu ve tvaru žeber, které v letadle zevnitř stabilizují trup. Jedná se o automatickou výrobu textilních předlisků (polotovarů) a také jejich olemování a pozdější napuštění tekutou epoxidovou pryskyřicí. V procesu, který tomuto předchází, se odvinují různá potřebná surová vlákna z rolí a řezačkou (s poháněným kotoučovým nožem) se předem připraví. Pak se polotovary skladují v příslušných zasouvacích přihrádkách zásobníkového systému až do okamžiku použití. Senzorika byla u celého projektu zvláštní výzvou, neboť požadovanou kvalitu produktu lze zajistit jen tehdy, když poloha a úhel vláken přesně odpovídá zadání. Integrovaná senzorika na bázi vířivých proudů vizualizuje a vyhodnocuje úhly vláken. Celkově se aktuálně vyrobené díly v tomto výzkumném zařízení skládají až z 26 vrstev uhlíkových vláken.

Celkově se vyrobené díly skládají až z 26 vrstev uhlíkových vláken.

Linka musí být flexibilní, neboť se jedná o výzkumné zakázky a ne o skutečnou sériovou výrobu. Bylo rozhodující, aby bylo možno koncepce linky i programování snadno změnit. Výměny nástrojů musí fungovat rychle a jednoduše a také programování robotů by mělo být intuitivní. Studenti by měli být schopni po krátké době zaučení realizovat na zařízení nové úkoly/produkty. To je rovněž důležité i pro použití v praxi, neboť středně velké dopravní letadlo je vybaveno asi 140 žebrovými segmenty, z nichž často nebývají ani dva identické.

Řešení

O automatizaci, provedenou firmou KUKA, se stará robot, který odstraňuje 2D vrstvu, aby se dosáhlo požadovaného 3D obrysu. K tomu je vybaven podavačem, který vždy uchopí jen jeden přířez. Poloha přířezu na pomocné odkládací ploše je monitorována systémem zpracování obrazu. Po tváření odloží robot předlisek na nástroj konsolidační stanice. Nástroj z hliníku má vyfrézované obrysy a je upevněn na podstavci, který je vybaven rozhraním k posuvnému stolu konsolidační stanice. Konsolidační stanice se skládá z membránového lisu s pohyblivým lisovacím stolem. Infračerveným zářením se předlisek zahřeje a roztaví se práškové pojivo na textilu, aby se stabilizoval svazek vrstev.

Infračerveným zářením se roztaví práškové pojivo na textilu, aby se stabilizoval svazek vrstev

Po tomto tvářecím pracovním kroku přemístí manipulační robot konsolidovaný předlisek do formy pro přesné olemování. Manipulační robot se pohybuje po lineární ose umístěné ve výšce, aby byla v hale maximální volnost pohybu. Robot spojuje jednotlivé procesní stanice. Programování dráhy robotu probíhá v režimu offline na základě CAD dat obrobku a softwaru na programování dráhy fastCURVE od firmy Cenit. Přes příslušné rozhraní umožňuje řídicí jednotka KRC ROBOTstar firmy Reis plynulou, velmi přesnou dráhu, nejedná se jen o naučený pohyb z bodu do bodu. Tak lze naprogramovanou dráhu i dodatečně posunout o určitou hodnotu. Díky výběru optimálního řezného nástroje je možné velmi přesně řezat ultrazvukovým nožem bez ovlivnění okolního materiálu.

Již po několika málo rozhovorech nám bylo jasné, že firma z Obernburgu neprojektuje automatizaci velkoobjemových komponentů poprvé. Vedoucí projektu byli schopni vidět jednotlivé aspekty procesu výroby předlisků velmi modulárně a na základě standardních komponent představit logickou koncepci.

Sven Torstrick, vedoucí projektu ve středisku pro výrobní technologie lehkých konstrukcí u DLR

Manipulační technika pro manipulaci dílů vyztužených uhlíkovými vlákny

Vyhledat systémového partnera KUKA

Zde si můžete vyhledat vhodného partnera pro své odvětví či řešení problému.