Comment fonctionne le système de découpe de fibre moulée automatisé ?

Le Placement de Fibre Automatisé (PFA) est un processus de fabrication additive qui implique trois intrants différents : bande de fibre/polymer, chaleur et pression. L'effecteur terminal manipule habilement la bande et la dépose sur une surface avec l'aide de la chaleur et de la pression. Ce processus permet la fabrication de pièces très personnalisées, car chaque couche peut être positionnée à différents angles pour mieux supporter les charges requises. L'utilisation de la robotique donne à l'opérateur un contrôle actif sur toutes les variables critiques du processus, rendant celui-ci hautement contrôlable et répétable. Ce processus peut aboutir à des pièces composites fabriquées de manière additive qui sont deux fois plus résistantes que l'acier tout en pesant un cinquième de celui-ci.

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Les composants clés d'un système de PFA sont :

• Manipulateur
• Tête de Placement de Fibre
• Technologie de Chauffage
• Logiciel de Planification de Chemin
• Matériau à utiliser avec le PFA
• Liste de vérification finale avant exécution

Passons en revue ces éléments et évaluons toutes les options !

Manipulateur

Le manipulateur est un dispositif utilisé pour manipuler la tête de PFA sans contact physique direct de l'opérateur. Pour les applications PFA, l'objectif est de trouver les bons manipulateurs en fonction de la forme de la stratification. Voici quelques recommandations pour différentes formes :

• Stratifications plates peuvent être réalisées soit par une grue à 4 axes avec des axes x-y-z et un axe rotatif-C, soit par des bras robotiques à 6 axes. Pour de grandes surfaces, la grue est plus logique, tandis que pour plus de variabilité, un robot est plus adapté.
• Formes 3D ouvertes peuvent généralement être réalisées à l'aide de bras robotiques à 6 axes, cependant, s'il y a plusieurs virages à 90 degrés sur la pièce, un axe rotatif externe peut aider à faire tourner le moule et à faciliter la stratification.
• Formes de surface fermée peuvent généralement être réalisées à l'aide d'un bras robotique à 6 axes avec un axe rotatif externe.
• Formes de surface fermée (>1 m) nécessiteraient un bras robotique à 6 axes avec deux axes externes, un axe rotatif et un axe linéaire. Ajouter un axe linéaire est très bénéfique pour les formes 3D ouvertes plus longues également.

Tête de Placement de Fibre

L'effecteur terminal est monté sur le manipulateur, qui place de manière répétée des bandes de fibre. La tête de placement détermine quelles pièces et formes peuvent être stratifiées et spécifie quels matériaux fibre/matrice peuvent être utilisés. L'ordre des opérations est cohérent à travers toutes les têtes de placement de fibre, c'est-à-dire. clamp-alimentation-chauffage-placement(compacter)-couper-clamp avec un profil de chaleur/température prédéterminé. Le processus automatisé assure la précision du placement et des paramètres de processus cohérents pendant le placement de la fibre. La tête de placement de fibre peut être montée sur une combinaison de manipulateurs/axes selon les exigences de forme souhaitées. Des étudiants universitaires ont tenté de construire leurs propres têtes de placement de fibre avec des degrés de succès variables, mais elles peuvent également être louées sur une base mensuelle ou achetées auprès d'Addcomposites.

Pour plus d'informations, veuillez visiter Le Guide Ultime pour Choisir un Cristal de Scintillation

Technologie de Chauffage

Différents matériaux nécessitent différentes intensités de chaleur et profils pour créer suffisamment de prise afin de lier les couches consécutives.

• Bandes de fibre thermodurcissables Souvent, les matériaux thermodurcissables sont conservés dans un environnement froid (-20°C) et sont collants à température ambiante. Souvent, lors de l'utilisation de ce matériau avec la technologie de placement de fibre à une vitesse plus élevée, le matériau doit être légèrement chauffé à 40-50 °C pour assurer la bonne collabilité et le collage entre les couches.
• Bandes de fibre thermoplastique Le thermoplastique est solide à température ambiante et nécessite une fusion avant de pouvoir être collé. Habituellement, une source d'énergie à haute énergie comme un laser ou humm3 est nécessaire pour faire fondre rapidement les bandes pour le traitement PFA. La tête de placement de fibre mentionnée ci-dessus d'Addcomposites est modulaire et peut monter soit un laser soit humm3 en fonction du matériau, de la vitesse de production et d'autres exigences de sécurité.
• Bandes de fibre sèches sont souvent tenues ensemble par un liant thermoplastique d'une certaine forme avec un point de fusion du liant thermoplastique se situant dans la plage de 80°C à 120°C. Pour cette plage de température, soit IR soit pistolet à air chaud peut être utilisé avec différents degrés de succès.

Logiciel de Planification de Chemin

Une fois le matériel configuré, il doit y avoir un moyen de programmer le manipulateur robotique et la tête de placement de fibre avec le chauffage. Nous avons mis notre logiciel de planification de chemin, AddPath, à disposition pour des essais gratuits, qui peuvent être demandés ici. AddPath prend le modèle CAO de la géométrie du moule et génère automatiquement des chemins de fibre avec des espaces définis. Il fournit également des outils de simulation et d'analyse des mouvements des robots pour éviter les collisions ou d'autres opérations dommageables des robots.

Matériau

Avant de commencer les opérations, le matériau doit être sécurisé. La plupart des matériaux sont disponibles sous forme de feuilles et peuvent être découpés à la largeur de bande souhaitée avec l'aide de fendeuses pour les matériaux thermodurcissables. Quelques-uns des principaux fournisseurs à travers l'Europe et les États-Unis sont Bindatex, Web Industries, Axiom materials, Kordsa. Les bandes thermoplastiques sont plus largement disponibles via Bufa, Victrex, Arkema, SGL, etc. La tête de placement de fibre mentionnée ci-dessus peut fonctionner avec des bandes de 1/4", 1/2" et 1" de large. Les stratifications de formes plus complexes nécessitent des bandes étroites tandis que les surfaces plus lisses/plates peuvent utiliser des bandes de 1" pour une productivité accrue. Des largeurs spéciales peuvent également être demandées.

Vérification et exécution

À ce stade, nous avons discuté de tous les principaux composants tangibles nécessaires pour construire un système de PFA. Cependant, avant de procéder à la stratification en tant que laminateur, toute la préparation concernant l'opération suivant le placement doit être considérée :

• Moule : Le moule doit être positionné aussi précisément que possible par rapport au robot pour atteindre un placement précis. Si la stratification utilise un matériau thermodurcissable, un agent démoulant doit être appliqué avant le placement. Cela permet un démoulage facile une fois la pièce mise sous vide et durcie. Si la stratification est thermoplastique, une approche de placement in-situ peut être envisagée pour éviter la pression subséquente. Avec les stratifications thermoplastiques, le laser/humm3 à haute énergie peut être utilisé en conjonction avec des moules chauffés pour assurer une consolidation plus uniforme.
• Curation/thermoformage : Le matériau thermodurcissable peut être durci pour atteindre la résistance complète sous pression sous vide, en situation d’autoclave ou non, selon le matériau. Les laminés thermoplastiques non consolidés doivent être pressés et chauffés pour obtenir un taux de volume de fibre plus élevé et réduire les vides.
• Découpe et Polissage : Une fois le laminé durci, il est prêt à être découpé autour des bords et à être associé à d'autres pièces. Le polissage est la dernière étape et est utilisé pour fournir une finition de surface plus lisse et un revêtement protecteur contre l'environnement.

Nous avons converti un robot usagé en une cellule de PFA en 2 jours

Pour réaliser une stratification sur une forme 3D ouverte, le bras robotique usagé à 6 axes a été équipé de l'AFP-XS (tête de placement de fibre d'Addcomposites). L'outil était initialement utilisé pour traiter un matériau thermodurcissable et a ensuite été amélioré pour le thermoplastique en remplaçant le chauffage IR par la technologie de chauffage humm3.

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