Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »CompSTLar«
Immer 100 Prozent: Flugzeugkomponenten müssen stabil und beständig sein
Die Luftfahrtindustrie stellt hohe Ansprüche an die Bauteilgüte von Flugzeugkomponenten. Diese müssen extremen Belastungen standhalten – hängen doch nicht weniger als Menschenleben von verlässlichen Bauteilen und Konstruktionen ab. Thermoplastische Verbundwerkstoffe kommen im Flugzeugbau häufig zum Einsatz, da sie leicht und widerstandsfähig sind. Aber auch Komponenten und Bauteile aus Faserverbundmaterialien ermüden mit der Zeit und müssen rechtzeitig ausgetauscht werden. Bislang fehlt es in der Luftfahrt an den technischen Möglichkeiten die Qualität von Faserverbundbauteilen im laufenden Einsatz verlässlich zu überwachen. Hier können neue digitale Technologien ansetzen und einen wichtigen Beitrag leisten
Mit dem digitalen Schatten den Lebenszyklus des Bauteils überwachen
Im Forschungsprojekt »CompSTLar« greifen die Projektpartner den Bedarf an digitalen Technologien und Prozessen auf: Das europäische Konsortium entwickelt eine ganzheitliche Prozesskette für die Produktion und Wartung von Flugzeugkomponenten aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen.
Mit hochwertigen Fertigungstechnologien wie dem automatisierten Tapelegen und neuen Tapematerialien will das Projektteam im ersten Schritt defektfreie Bauteile produzieren. Die Abbildung solcher Werkstücke im digitalen Schatten, versetzt die Forschenden in die Lage, Bauteile während ihres gesamten Lebenszyklus vorausschauend zu warten. Das Projekt ergänzt die Bauteilüberwachung deshalb durch eine schnelle und kostengünstige Entwicklung von Reparaturverfahren.
Mit digitalen Prozessen und künstlicher Intelligenz (KI) zum perfekten Bauteil
Das Projekt »CompSTLar« soll die digitale Transformation der europäischen Luftfahrtindustrie beschleunigen und den Unternehmen zu langfristiger Wettbewerbsfähigkeit verhelfen. Dabei werden digitale Infrastrukturen und datengetriebene Ansätze als notwendige Voraussetzungen gesehen, um nationale und internationale Klimaziele zu erreichen.
Durch die Entwicklung einer digitalen Infrastruktur schafft das Projektkonsortium die Grundlagen für einen offenen Datenaustausch entlang der gesamten Herstellungskette eines thermoplastischem Verbundbauteils. Mit dem Einsatz optischer Fasersensoren und piezoresistiver Sensoren überwachen die Projektpartner die Bauteilstruktur. Zudem werden KI-basierte Modelle genutzt, um den Fertigungsprozess zu optimieren.
Faserverbundmaterial hochwertig recyclen
Nach der Herstellung ist auch das Recycling des Faserverbundmaterials ein bedeutsamer Baustein des Projekts. Bislang mussten Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff zerkleinert werden, um das Material wiederverwerten zu können. Bei konventionellen Recyclingverfahren löst sich die Faserorientierung auf, die Matrix degradiert und die Faserlänge wird verkürzt.
Um diese Nachteile zu vermeiden, hat das Forscherteam des Fraunhofer IPT einen Recyclingprozess entwickelt und patentiert, bei dem sich das unidirektionale Carbonfasertape aus dem Produkt zurückgewinnen lässt, ohne die mechanischen Eigenschaften des Tapes negativ zu beeinflussen. Bereits in früheren Forschungsprojekten konnte das Fraunhofer IPT den Vorteil des Recyclingverfahrens bei rotationssymmetrischen Bauteilen nachweisen.
Im Projekt »CompSTLar« könnte sich dies nun auch für flächige Laminate nachweisen lassen. Je mehr wertvolle Carbonfasern hochwertig recycelt werden können, desto höher sind die Kosten- und Energieeinsparungen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei die Kreislauffähigkeit des Materials: Das recycelte Tape lässt sich erneut im Tapelegeprozess zu einem Bauteil verarbeiten. Industrielle Recyclingansätze sehen bisher nur das Downcycling des Materials vor.
Projektkoordination:
Asociación de Investigación Metalúrgica del Noroeste (AIMEN)
Das Konsortium
- Asociación de Investigación Metalúrgica del Noroeste (AIMEN), Spanien
- École Nationale Supérieure D'Arts Et Métiers, Frankreich
- Fundación IMDEA Materiales, Spanien
- Ideko S Coop, Spanien
- Asociación de Investigación de Materiales Plásticos y Conexas, Spanien
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Deutschland
- Msquare GmbH, Deutschland
- Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet, Norwegen
- Engineering Ingegneria Informatica S.p.A., Spanien
- Collins Aerospace Ireland Ltd., Irland
- Ziegler Aerospace Limited, Deutschland
- Mandat International Alias Fondation pour la Cooperation Internationale, Frankreich
- University of Coimbra, Portugal
- Icons Srl, Italien
- IoT Lab Association, Schweiz