Redémarrage de la paroi arrière :One-stop, tow to tape to CFRP part

« Il s'agit d'un processus continu entièrement automatisé », explique Ufer. « Si pour une quelconque raison il est nécessaire d'arrêter la ligne, l'équipement réagit automatiquement. Par exemple, le chauffage IR est immédiatement éteint et rétracté pour éviter d'endommager la bande par surchauffe. Il existe des centaines de ces détails dans l'équipement et le contrôle numérique permettant cette technologie. »

Étape 2 : La bande de remorquage étalée est ensuite consolidée au fur et à mesure qu'elle passe à travers plusieurs rouleaux sous tension.

Après l'application du liant, la consolidation de la bande est réalisée lorsqu'elle passe à travers plusieurs rouleaux sous tension (étape 2). Ufer explique que cela crée également un tampon pour la ligne. « Nous avons une unité qui interrompt le flux de traction continu de la fibre, fournissant une transition vers le format d'impulsion du mécanisme de coupe et de placement de la bande. » Ce mécanisme à portique coupe les rubans à des longueurs sur mesure et les place à des angles spécifiés de 0 à 360 ° sur une table rotative (étape 3). Chaque pile sur mesure, comprenant 6 à 19 couches de ruban, a une épaisseur de 1,5 à 3,7 mm, respectivement.

Étape 3 : Le VRA coupe ensuite le ruban et place jusqu'à quatre morceaux à la fois sur une table rotative, adaptant à la fois la longueur du ruban et l'angle d'orientation dans la pile de stratifié (par exemple, 45°/90°/30°).

Voith a installé quatre lignes VRA (voir photo d'ouverture), et bien que chacune applique jusqu'à quatre bandes de 50 mm de large à la fois, souligne Ufer, « les lignes ont une approche modulaire, elles peuvent donc appliquer 10 bandes ou plus à un temps. Cela dépend de la taille de la pièce et de la cadence de production.

L'automatisation comprend l'inspection de la qualité. Les scans des bandes et des préformes sont comparés à un algorithme de rejet. « Le balayage à 100 % de la bande par le VRA garantit la bonne distribution des fibres pour l'ensemble de la ligne de production », explique Ufer. « Nous utilisons également la thermographie et des capteurs laser pour vérifier les préformes dans des zones désignées. » Le VRA peut alors réagir à tout problème qu'il détecte. « Si une bande n'est pas correcte », souligne-t-il, « le VRA coupera la longueur défectueuse et en produira une autre pour la remplacer ». Un QR code est placé sur la préforme finie pour la traçabilité. (Les codes QR sont préférés aux étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID) car ils résisteraient mieux au processus d'injection de résine.)

Formage, moulage et assemblage

La pile 2D sort du VRA et est transférée dans la section de formage, de moulage et d'assemblage de la ligne de production. La première presse dans laquelle il est placé, fournie par le spécialiste de l'automatisation des composites FILL (Gurten, Autriche), utilise la chaleur et la pression pour façonner la pile de ruban 2D en une préforme 3D (étape 4). Ufer explique que parce que la préforme varie en épaisseur et en forme, la presse peut adapter la pression appliquée lorsqu'elle estampe des régions séparées de la préforme serrée dans l'outil de formage. ALPEX Technologies (Mils bei Hall, Autriche) a fabriqué les moules RTM en acier apparié, sur la base d'une conception fournie par Voith Composites. « Nous avons développé virtuellement l'outillage et le processus de presse », explique Ufer. « Bien qu'aucune boucle de test réelle n'ait été requise, nous avons validé et vérifié les modèles de simulation sur d'autres formes et pièces avant d'usiner le A8 outils de production de paroi arrière. Cette simulation du processus de moulage s'est directement transformée en production réelle et a contribué à accélérer l'optimisation. »

Étape 4 :La pile de rubans est transportée dans une presse, où elle est façonnée dans la forme finale de la pièce 3D.

La presse maintient pendant quelques secondes pour faire réagir le liant en poudre et définir la forme, résultant en une préforme stable qui peut résister au lavage des fibres pendant l'injection de résine. « Les particules de liant servent également à maintenir les fibres séparées pour un meilleur écoulement de la résine pendant la RTM », note Ufer. « Ceci est utile car il n'y a pas de couture dans la préforme pour faciliter l'écoulement de la résine, de sorte que ces particules de liant agissent comme des micro-canaux d'écoulement. »

La préforme façonnée est ensuite transférée par robot dans une cellule CNC d'EiMa Maschinenbau GmbH (Frickenhausen, Allemagne), où un couteau à ultrasons coupe le contour final extérieur. Il est ensuite placé de manière robotique dans une presse RTM (étape 5) fournie par ENGEL (Schwertberg, Autriche). Tous les robots de la gamme sont fournis par KUKA Robotics (Augsbourg, Allemagne).

Étape 5 : La préforme façonnée est placée dans une presse de 350 kN et moulée en ultra-RTM.

Le processus RTM utilisé pour façonner le A8 la paroi arrière est la même que celle développée au Audi Lightweight Center pour la précédente R8 paroi arrière, appelée ultra-RTM. Il permet le moulage de grandes pièces par injection rapide mais basse pression. Par rapport aux 140 bars typiques du HP-RTM, la pression d'injection de résine dans le moule pendant l'ultra-RTM de l'Audi A8 la paroi arrière est <15 bar, encore moins que celle du R8 . En conséquence, au lieu de 2 500 kN de force de presse, seuls 350 kN sont nécessaires. Par conséquent, une presse plus petite et moins coûteuse peut être utilisée pour produire des pièces de haute qualité et à volume élevé de fibres.

La résine époxy VORAFORCE 5300, un système à trois composants qui inclut le démoulage, durcit en 90-120 secondes à 120°C et a une viscosité de traitement de 20 cps. Pour le A8 paroi arrière, une grenaille de résine de 1,3 kg est injectée dans la préforme, suivie d'un durcissement de 120 secondes.

La pièce durcie est démoulée par robot et chargée dans une cellule de fraisage CNC fermée pour l'usinage des découpes. Ensuite, la pièce fraisée est placée dans une machine à laver automatisée pour nettoyer la poussière résiduelle de CFRP.

La paroi arrière lavée est transférée dans une cellule d'assemblage équipée de deux robots. Le premier robot place la pièce moulée dans une machine de rivetage automatisée, qui documente la force appliquée lors de l'installation du rivet. Cela fait partie de l'intelligence de fabrication intégrée au processus global et est ajouté à l'enregistrement de traitement numérique de chaque pièce (c'est-à-dire, le fil numérique). La pièce est ensuite déplacée dans la zone de collage et un deuxième robot prépare les zones de collage, à l'aide d'un essuyage à solvant automatisé. Le même robot applique ensuite l'adhésif structurel polyuréthane à deux composants à durcissement rapide Dow BETAFORCE 9050M (étape 6), qui est compatible avec l'époxyde à trois composants. La pièce est ensuite placée dans un four pour un court cycle de durcissement de l'adhésif.

Étape 6 : L'adhésif polyuréthane BETAFORCE est appliqué de manière robotique pour les fixations collées, puis durci au cours d'un cycle de four court.

Cette ligne de production maintient un temps de cycle de 5 minutes pour la pièce terminée et la demande actuelle de pièces peut être satisfaite en une ou deux équipes de 8 heures. Un appareil de numérisation laser 3D est utilisé périodiquement pour vérifier la forme et les mesures 3D de la pièce. Les pièces finies sont ensuite préparées pour être expédiées vers l'Audi A8 chaîne d'assemblage final à Neckersalm, en Allemagne, à environ 3 heures de route (étape 7).

Étape 7 : La pièce finie est ensuite préparée pour être expédiée vers la chaîne d'assemblage final de l'Audi A8.

Placement direct des fibres =flexibilité future

Avec tous les investissements qui ont été faits, il est surprenant d'apprendre que Voith Composites n'était pas assuré de cette entreprise, mais en effet la société a terminé le développement et a ensuite participé à un processus d'appel d'offres pour remporter la production. « Nous avons pu respecter le coût cible des pièces défini par Audi, ainsi que les exigences de qualité et de performance des pièces », explique Ufer. Ce n'était pas un mince exploit, étant donné que de nombreuses entreprises étaient en lice pour le programme.

Voith Composites a breveté plusieurs parties de son processus. « Le VRA a démontré son industrialisation en utilisant le placement direct des fibres [DFP] de bandes, ce qui réduit les déchets ainsi que le matériau utilisé via une superposition hautement optimisée », explique Ufer. Il utilise également les matériaux les plus économiques - fibre de remorquage lourde non traitée et liant en poudre. Son processus de deuxième génération remplace le liant en poudre par une application directe de résine, éliminant ainsi davantage d'étapes de processus. Cependant, la société a développé d'autres processus DFP, notamment le préformateur Voith Longfiber et le bobinage Voith Prepreg.

« Nous établissons de nouvelles normes pour les pièces en fibre de carbone pour la production en série automobile à grand volume », a déclaré le directeur général de Voith Composites, le Dr Lars Herbeck. « L'usine intelligente que nous avons établie porte la production automatisée de composants CFRP à un nouveau niveau d'efficacité et de flexibilité, y compris presque toutes les formes ainsi que les tailles de lots individuels. » C'est, en effet, où l'industrie se dirige.