Economisch produceren CFK-delen is mogelijk
Persenbouwer Schuler is er in geslaagd de kosten voor een prototype onderdeel gemaakt van een vezelversterkte kunststof met meer dan 50 procent te reduceren en de doorlooptijd met 40 procent.
Dat is gebeurd in het kader van het onderzoeksproject iComposite 4.0, waarin Schuler samenwerkt met een aantal partners. Composiet materialen zoals vezelversterkte kunststoffen worden nog maar spaarzaam gebruikt in lichte auto’s. En de sprong naar serieproductie hebben ze nog niet gemaakt. Het project werkt aan een oplossing hiervoor.
Bodemplaat sportwagen
Bij het referentie-onderdeel gaat het om een bodemplaat die onder de motor en de passagiersruimte van een Engelse sportwagen is aangebracht. De structuur hiervan moet zodanig worden ontworpen dat de plaat een frontale botsing doorstaat, een hoge torsiestijfheid heeft en het gewicht van passagiers kan dragen. Het produceren van dit onderdeel op de gebruikelijke manier kost bijna 400 euro per stuk, dankzij iComposite 4.0 is dit bedrag teruggebracht tot ongeveer 150 euro. De doorlooptijd is verminderd van 73 naar 46 minuten. In de eerste productiestap, waarvoor een instituut voor kunststofbewerking in Aken verantwoordelijk is, spuit een robot een grondstructuur uit glasvezels op. Een algoritme, ontwikkeld door het Zentrum für integrativen Leichtbau in Aken (AZL) en CFK-aanbieder Tejin Carbon, berekent vervolgens de individuele trekvastheid. Afhankelijk daarvan legt dan een andere robot de carbonvezels in een specifiek door Siemens en Broetie Automation Composites ontwikkeld proces en compenseert daardoor schommelingen in de materiaaleigenschappen. Aansluitend volgt de optische controle door een 3D meetsysteem van Apodius.
In de mat uit composietvezels die op de manier ontstaat wordt aansluitend hars geïnjecteerd. Dit hardt uit onder de hoge druk van een hydraulische pers van Schuler, die het bouwdeel aansluitend vormt. Daarbij wordt ook de gereedschapstechnologie van de specialisten van Frimo ingezet. Voor de gewenste wanddikte kan de pers de doorbuiging van het gereedschap gericht beïnvloeden. Zo kunnen goede delen worden gemaakt vanaf seriegrootte 1, waarmee het afval tot nul wordt gereduccerd. Tot dusverre gebruiken producenten van onderdelen bestaande uit vezelcomposieten de carbonmatten als ruw materiaal dat moet worden gesneden. De benutting kan daarbij dalen tot 50 procent. Bijna de helft van de die koolstofvezels kunnen de producenten dus helemaal niet gebruiken. Bij iComposite 4.0 wordt het benodigde CFK volledig gebruikt en het snijverlies is eveneens nul. Tegelijk daalt de doorlooptijd, terwijl de output toeneemt. De geïntegreerde RFID-chip van ID-Systec zorgt voor de tracebility (track and trace) van de productiedata. Verschillende onderdelen van de productielijn, die draait bij AZL aan de RWTH Aken zijn digitaal met elkaar verbonden. De bedoeling is dat de resultaten van het onderzoeksproject nu in de industriële praktijk gaan worden toegepast.
