Integrierte Sensoren überwachen Fertigung von CFK-Raumfahrtstrukturen

Das Fraunhofer LBF und MT Aerospace integrieren Glasfasersensoren in dickwandige CFK-Strukturen. Während der Vakuuminfusion überwachen sie damit die Fließfront und erhöhen so die Prozesssicherheit.

MT Aerospace fertigt große Raumfahrtbauteile wie Boostergehäuse aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) im Vakuuminfusionsverfahren. Dabei wird eine trocken gewickelte Vorform in einem Vakuumsack durch Harz infiltriert und währenddessen in einem Ofen langsam gedreht. Um die Fließfront des einströmenden Harzes zu überwachen, bringen die Projektpartner nun Glasfasersensoren bereits beim Wickeln in das Bauteil ein. Während der anschließenden Infusion lässt sich dank der eingebetteten optischen Sensoren die Fließfront und die Harzverteilung kontrollieren. Die Fließfront ist die Linie, an der das Harz zuerst mit den trockenen Fasern in Kontakt kommt.

Darstellung am digitalen Zwilling

Für die Prozessüberwachung der digitalen Durchflussfronterkennung werden die Signale vom rotierenden Teil im Ofen an einen Computer außerhalb übertragen. Dort zeigt eine digitale Darstellung der Sensorposition auf dem Bauteil, wann die Fließfront den Sensor erreicht. Laut Fraunhofer LBF macht die Fertigungstechnologie bislang versteckte Prozesse sicht- und digital kontrollierbar, was die Prozesssicherheit erhöht. Sie ermöglicht zudem eine Automatisierung des Harzflusses, wodurch sich das Produkt reproduzierbar und qualitätssicher fertigen lässt. Auch das gezielte Eingreifen noch während der Fertigung soll dadurch ermöglicht werden. Weitere Einsatzgebiete der integrierten Sensoren sehen die Entwickler künftig in einer Industrie-4.0-gemäßen automatisierten Steuerung des Fertigungsprozesses und in einer Strukturüberwachung der Komponente bereits ab der frühesten Lebenszyklusphase.