liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Robot-Forming of Prepreg Stacks ‐ Development of Equipment and Methods
Linköping University, Department of Management and Engineering, Manufacturing Engineering. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.ORCID iD: 0000-0001-8015-3039
Swerea SICOMP.
Saab Aerostructures.
Royal Institute of Technology, KTH, Aeronautical and Vehicle Engineering.
Show others and affiliations
2016 (English)In: Proceedings of the 17th European Conference on Composite Materials (ECCM17), 2016Conference paper, Published paper (Other academic)
Abstract [en]

Within the aerospace industry the manufacturing of composite components with complex shapes, such as spars, ribs and beams are often manufactured using manual layup and forming of prepreg material. Automated processes for prepreg layup and efficient forming techniques like vacuum forming are sometimes difficult to employ to these type of products due to technical limitations. This paper describes the development of tools and the forming sequence needed to automate sequential forming of a complex shape using an industrial robot. Plane prepreg stacks are formed to the final shape using a dual-arm industrial robot equipped with rolling tools. Tests show that the developed tools and the employed sequence can be used to form stacks to the desired shape with acceptable quality.

Place, publisher, year, edition, pages
2016.
National Category
Production Engineering, Human Work Science and Ergonomics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-129925OAI: oai:DiVA.org:liu-129925DiVA: diva2:945355
Conference
ECCM17 - 17th European Conference on Composite Materials 26-30th June 2016, Munich, Germany
Available from: 2016-07-01 Created: 2016-07-01 Last updated: 2017-05-17Bibliographically approved
In thesis
1. Automated layup and forming of prepreg laminates
Open this publication in new window or tab >>Automated layup and forming of prepreg laminates
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Composite materials like carbon fiber-reinforced polymers (CFRPs) present highly appealing material properties, as they can combine high strength with low weight. In aerospace applications, these properties help to realize lightweight designs that can reduce fuel consumption. Within the aerospace industry, the use of these types of materials has increased drastically with the introduction of a new generation of commercial aircraft. This increased use of CFRP drives a need to develop more rational manufacturing methods.

For aerospace applications, CFRP products are commonly manufactured from a material called prepreg, which consists of carbon fibers impregnated with uncured polymer resin. There are two dominant manufacturing technologies for automated manufacturing using prepreg, automated tape layup and automated fiber placement. These two technologies are not suitable for all types of products, either due to technical limitations or a combination of high investment costs and low productivity. Automation alternatives to the two dominant technologies have been attempted, but have so far had limited impact. Due to the lack of automation alternatives, manual manufacturing methods are commonly employed for the manufacturing of complex-shaped products in low to medium manufacturing volumes.

The research presented in this thesis aims to explore how automated manufacturing systems for the manufacturing of complex CFRP products made from prepreg can be designed so that they meet the needs and requirements of the aerospace industry, and are suitable for low to medium production volumes. In order to explore the area, a demonstrator-centered research approach has been employed. A number of demonstrators, in the form of automated manufacturing cells, have been designed and tested with industrial and research partners. The demonstrators have been used to identify key methods and technologies that enable this type of manufacturing, and to analyze some of these methods and technologies in detail. The demonstrators have also been used to map challenges that affect the development of enabling methods and technologies.

Automated manufacturing of products with complex shapes can be simplified by dividing the process into two steps. Thin layers of prepreg are laid up on top of each other to form flat laminates that are formed to the desired shape in subsequent forming operations. The key methods and technologies required to automate such a system are methods and technologies for automated prepreg layup, the automated removal of backing paper and the forming of complex shapes. The main challenges are the low structural rigidity and tacky nature of prepreg materials, the extensive quality requirements in the aerospace industry and the need for the systems to handle a wide array of prepreg shapes.

The demonstrators show that it is possible to automate the manufacturing of complexshaped products using automated layup and forming of prepreg laminates. Tests using the demonstrators indicate that it is possible to meet the quality requirements that apply to manual manufacturing of similar products.

Abstract [sv]

Polymera kolfiberkompositer erbjuder en eftertraktad kombination av låg vikt och högstyrka som kan bidra till lättviktskonstruktioner som t.ex. kan leda till bränslebesparingarför passagerarflygplan. Inom flygindustrin har användningen av denna materialtyp ökatkraftigt med introduktionen av en ny generation flygplan som till mer än hälften består avkompositmaterial. Den ökade användningen av polymera fiberkompositer medför ett ökatbehov av rationella produktionsmetoder.

Inom flygindustrin tillverkas ofta polymera kolfiberkompositprodukter av så kallatprepreg-material som består av kolfibrer impregnerade med en plast. Det finns tvåhuvudalternativ för automatisk tillverkning av prepreg-baserade produkter, automatisktejpläggning eller automatisk fiberplacering. De två alternativen har tekniskabegränsningar och är förknippade med mycket höga investeringskostnader vilket gör attdet finns produkter som de inte kan tillverka eller som inte är kostnadseffektiva atttillverka med dessa två metoder. Andra automatiska alternativ har utvecklats, men har intenått någon större industriell implementering. Bristen på automatiseradetillverkningsalternativ leder till att produkter med komplex form, och som tillverkas i småoch medelstora volymer ofta tillverkas manuellt.

Forskningen som presenteras i denna avhandling syftar till att undersöka hur automatiskatillverkningsceller för tillverkning av polymera kolfiberkompositprodukter med komplexform kan utformas så att de uppfyller de krav som gäller för tillverkningen av produkterför flygindustrin och är lämpliga för låga och medelhöga tillverkningsvolymer. Endemonstratorcentrerad forskningsmetod har använt för att utforska området och ett flertaldemonstratorer har byggts och testats tillsammans med partners från industrin och andraforskningsorganisationer. Demonstratorerna, som är kompletta tillverkningsceller, haranvänts för att identifiera metoder och utrustning som är nödvändiga att utveckla för attautomatisera denna typ av tillverkning och för att undersöka några metoder och tillhörandeutrustning mer i detalj. Demonstratorerna har också använts för att kartlägga faktorer sompåverkar hur metoder och utrustning utformas.

Automatisk tillverkning av produkter med komplex form kan förenklas genom att delaupp tillverkningen i två steg. Först läggs prepreg-ark ihop till ett laminat som formas tillproduktens form i ett efterföljande steg. För att automatisera denna typ av tillverkningbehöver nyckelmetoder och nyckelutrustning för hopläggning av laminat, borttagning avskyddspapper samt formning av laminat till komplexa former utvecklas. Viktiga faktorersom påverkar utformningen av tillverkningscellerna är prepreg-materialens låga styvhetoch klibbiga yta, de höga kvalitetskrav som gäller för tillverkning avflygplanskomponenter samt att systemen måste hantera en stor mängd olikformadeprepreg-ark. Demonstratorerna visar att det är möjligt att automatisera tillverkningen avpolymera kolfiberprodukter med komplex form genom automatisk uppläggning ochformning av plana laminat. Tester med demonstratorerna pekar på att det är möjligt atttillverka produkterna i enlighet med de kvalitetskrav som finns för manuell tillverkningav liknande produkter.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2017. 131 p.
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 1858
National Category
Production Engineering, Human Work Science and Ergonomics Aerospace Engineering Composite Science and Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-137488 (URN)10.3384/diss.diva-137488 (DOI)978-91-7685-510-2 (ISBN)
Public defence
2017-06-16, C3, C-huset, Campus Valla, Linköping, 10:15 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2017-05-17 Created: 2017-05-17 Last updated: 2017-05-17Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Search in DiVA

By author/editor
Björnsson, AndreasJohansen, Kerstin
By organisation
Manufacturing EngineeringFaculty of Science & EngineeringMachine Design
Production Engineering, Human Work Science and Ergonomics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

Total: 303 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf