CAM - Von der Simulation in die Realität. Patrick Böhler

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Christa Bayer
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1 CAM - Von der Simulation in die Realität Patrick Böhler

2 Der Sinn einer jeden Simulation ist die Erkenntnis für die Realität!

3 Computer-aided manufacturing (CAM, dt. rechnerunterstützte Fertigung) bezeichnet die Verwendung einer von der CNC-Maschine unabhängigen Software zur Erstellung des NC-Codes. Im Unterschied zur Erstellung des NC-Codes in der Werkstatt (WOP), wird mit dem CAM-System das NC-Programm bereits in der Arbeitsvorbereitung erstellt. CAM ist ein wesentlicher Bestandteil der computerintegrierten Produktion CIM (Computer-Integrated Manufacturing). Quelle: wikipedia.de

4 Virtuelle Prozesskette STRUKTUR-SIMULATION OPTIMIERUNG PROZESSSTEUERUNG / PROZESSOPTIMIERUNG PROZESS-SIMULATION MULTISKALEN- MODELLIERUNG

5 Vorraussetzungen für CAM-Rückführung aus der Simulation Zusammenspiel von drei Bereiche Materialverständnis Textile Eigenschaften (Biegesteifigkeit, Scherverhalten, Reibung) Modellbildung Berücksichtigung realer Randbedingungen Abbildung realer Materialeffekte Steuerbarer Prozess Veränderbare Randbedingungen Reproduzierbarer Prozess

6 Vorraussetzungen für CAM-Rückführung aus der Simulation Fragen an Prozess und Simulation Wie sieht der Prozess aus? Nach welchen Kriterien soll der Prozess designt werden (optimaler Prozess)? Wie sieht das Material aus? Welche Einflussgrößen existieren? Welche Einflussgrößen können durch den Prozess verändert werden?

7 Beispiel1: TFP-Ablegeprozess

TFP-Ablegeprozess Prozesssteuerung und Einflussgrößen Material Prozessparameter

Fadenspannung Stichtyp Prozessgeschwindigkeit Fixiernugslänge Maschinenparameter

Fadenorientierung Stich- Parameter Fadenspannung Ideales TFP-Ergebnis Stickfaden

8 TFP-Ablegeprozess Prozesssteuerung und Einflussgrößen Material Prozessparameter Stickfaden Fadenorientierung Roving Stich-Weite Stickgrund Stich-Länge Fadenspannung Stichtyp Prozessgeschwindigkeit Fixiernugslänge Maschinenparameter Beeinflussbare Parameter Fadenorientierung Stich-Weite Stich-Länge Fadenspannung Fadenorientierung Stich- Parameter Fadenspannung Ideales TFP-Ergebnis Stickfaden Rovingverhalten Stickgrund l Stitch-length b Stitch-width G Base-material F Tension force Materialparameter

9 TFP-Ablegeprozess Simulationsmodell (1) Homogenes Modell Lastpfadgenerierung Modellaufbau

10 TFP-Ablageprozess Simulationsmodell (2) Umformmodell Umformsimulation TFP Ablagepfade

11 TFP-Ablegeprozess Materialcharakterisierung

12 TFP-Ablageprozess Umformprozess und Faserorientierung

13 TFP-Ablegeprozess Steuerbarer Prozess TFP-Anlagen nur indirekt steuerbar Keine offene Schnittstelle Prozessparameter nur direkt an Maschine regulierbar Keine Einflussmöglichkeit während des Prozesses Faserorientierung basierend auf numerischer Optimierung Optimale Ablagepfade

14 Beispiel 2 Drapierprozess

Drapierprozess Prozesssteuerung Material

Schubverhalten Vorspannung Biegeverhalten

(Beispiel: Stempelprozess) Ideales Drapierergebnis

15 Drapierprozess Prozesssteuerung Material Prozessparameter Abbindungstyp Niederhalterkräfte Schubverhalten Vorspannung Biegeverhalten Stempelsequenz Anisotropie Stempelgeschwindigkeit Beeinflussbare Parameter Vorspannung Niederhaltekräfte Stempelsequenz Maschinenparameter (Beispiel: Stempelprozess) Ideales Drapierergebnis Textil-Typ Vorspannung Niederhaltekräfte Biegeverhalten Stempelsequenz Schubverhalten Materialparameter

16 Drapierprozess Materialcharakterisierung

17 Drapierprozess Simulationsmodelle Roving (Shell-Elemente) + Haltefäden (Bar-Elemente) + Vernähung (Bar-Elemente)

18 Drapierprozess Vergleich Simulation und Realität

19 Drapierprozess Prozesssteuerung / Optimierung Apex angle 60

20 Drapierprozess Numerische Optimierung 10,2 mm 11,9 mm Optimierungskriterium: Minimierung der Faserwinkelabweichung über gesamte Probe -> Reduzierung der Faserwinkelabweichung um 7% durch Anpassung der Vorspannung

21 Drapierprozess Steuerbarer Prozess Automatisierbarer Drapierprozess Flexibler Drapierteststand Stempeldrapierung Membrandrapierung Open-Die Drapierung Randbedingungen lokal variabel Drücke Geschwindigkeiten Temperaturen Abläufe

22 Beispiel 3 Flechtprozess

Klöppelgeschwindigkeit Beeinflussbare Parameter Flechtkernbewegung Fadenspannung

23 Flechtprozesssimulation Prozesssteuerung Material Prozessparameter Flechtfäden Flechtkernbewegung Stehfäden Flechtring Kernmaterial Fadenspannung IFB Besetzung Klöppelgeschwindigkeit Beeinflussbare Parameter Flechtkernbewegung Fadenspannung Maschinenparameter IFB Biegesteifigkeit Kerngeschwindigkeit Ideales Geflecht Fadenspannung Kernbewegung Reibung Kompaktierung Materialparameter

24 Flechtprozess Materialcharakterisierung Reibversuche Reibverhalten Reibkoeffizient Kompressionsversuche Druckmodul Querschnittsänderung Biegeversuche Biegesteifigkeit F N F R

25 Flechtprozess Simulationsmodelle IFB Shell approach and material model E 1 d Bar approach and material model Multilayer braiding simulation of the demonstrator structure and the process effects IFB

26 Flechtprozess Simulationsmodelle Einfluss Fadenspannung Quellen: Dissertation Tjark von Reden; T.v.Reden, Setec 10, SAMPE Europe

Flechtprozess Steuerbarer Prozess Flechtkernbewegung Direkter Einfluss auf Faserwinkel: Geschwindigkeit Extzentrizität Durchführwinkel

27 Flechtprozess Steuerbarer Prozess Flechtkernbewegung Direkter Einfluss auf Faserwinkel: Geschwindigkeit Extzentrizität Durchführwinkel Steuerbar durch Roboterweg Fadenspannung Beeinflussung von Flechteffekten Komplexere Flechtkerngeometrien flechtbar Steuerbar durch elektrischen Klöppel

28 CAM- Von der Simulation in die Realität

Thank you! Patrick Böhler e-mail boehler@ifb.uni-stuttgart.

29 Thank you! Patrick Böhler phone +49 (0) fax +49 (0) Universität Stuttgart Institut für Flugzeugbau Pfaffenwaldring 31

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