DE102015015615B4 - Process and manufacturing system for manufacturing a component - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines aus mehreren Schichten bestehenden Bauteils mit einer Fertigungsanlage (2), bei dem einerseits mindestens eine Lage Fasern (14), wobei die Fasern (14) in einer Reihe im Wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind und jeweils eine Faser (14) eine Länge aufweist, die mindestens so groß wie ein Langfaserwert ist, mit Enden der Fasern (14) voran zu einer Verarbeitungsstation (8) der Fertigungsanlage (2) gefördert wird, und bei dem andererseits flüssiges Matrixmaterial (7) zu der Verarbeitungsstation (8) gefördert wird, wobei von der Verarbeitungsstation (8) jeweils eine Kette (22) von zumindest teilweise in Matrixmaterial (7) getränkten und von den jeweiligen Fasern (14) abgeschnittenen Endabschnitten (18), wobei jeweils ein Endabschnitt (18) einen Kurzfaserwert aufweist, als Bestandteil einer Schicht des herzustellenden Bauteils auf einer Oberfläche angeordnet wird, wobei nur ein erster Teil eines Endabschnitts (18) einer Faser (14) in Matrixmaterial (7) getränkt wird, wobei das Matrixmaterial (7) und der erste Teil des darin getränkten Endabschnitts eine Sphäre (20) bilden, wohingegen mindestens ein zweiter Teil des Endabschnitts (18) außerhalb des Matrixmaterials (7) angeordnet wird.Method for producing a component consisting of several layers with a production system (2), in which on the one hand at least one layer of fibers (14), the fibers (14) being arranged in a row essentially parallel to one another and one fiber (14) each Has a length which is at least as long as a long fiber value, with the ends of the fibers (14) forward to a processing station (8) of the production system (2), and on the other hand, liquid matrix material (7) is conveyed to the processing station (8) whereby, from the processing station (8) in each case a chain (22) of at least partially soaked in matrix material (7) and cut off from the respective fibers (14) end sections (18), each end section (18) having a short fiber value, as Part of a layer of the component to be produced is arranged on a surface, only a first part of an end section (18) of a fiber (14) in matrix is impregnated with the material (7), the matrix material (7) and the first part of the end section soaked therein forming a sphere (20), whereas at least a second part of the end section (18) is arranged outside the matrix material (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils und eine Fertigungsanlage zum Herstellen eines mehrschichtigen Bauteils.The invention relates to a method for producing a multilayer component and a production system for producing a multilayer component.

Es ist bekannt, ein Bauteil durch ein sogenanntes dreidimensionales Druckverfahren herzustellen, wobei eine Substanz schichtweise auf einen Rohling des herzustellenden Bauteils aufgetragen wird. Nach Aushärten der Substanz wird das Bauteil gebildet.It is known to produce a component by a so-called three-dimensional printing method, a substance being applied in layers to a blank of the component to be produced. After the substance has hardened, the component is formed.

Diesbezüglich ist aus der Druckschrift US 2005/ 0 230 029 A1 ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines faserverstärkten Körpers bekannt.In this regard, a method for the continuous production of a fiber-reinforced body is known from the publication US 2005/0 230 029 A1.

In der Druckschrift US 2015/ 0 108 677 A1 ist ein dreidimensionaler Drucker beschrieben, mit dem in einen herzustellenden Körper Filamente einzubringen sind.The publication US 2015/0 108 677 A1 describes a three-dimensional printer with which filaments can be introduced into a body to be produced.

Aus der Druckschrift US 2014/ 0 291 886 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils bekannt, bei dem Verstärkungselemente in eine Extrusionsdüse gefördert werden, wobei die Verstärkungselemente Kerne aufweisen, die von Matrixmaterial umgeben sind. Weiterhin werden diese Verstärkungselemente auf eine Temperatur erhitzt, die höher als eine Schmelztemperatur des Matrixmaterials, jedoch geringer als eine Schmelztemperatur des Kerns sind. Außerdem werden die Verstärkungselemente extrudiert.A method for producing a component is known from the publication US 2014/0 291 886 A1, in which reinforcing elements are conveyed into an extrusion die, the reinforcing elements having cores which are surrounded by matrix material. Furthermore, these reinforcing elements are heated to a temperature which is higher than a melting temperature of the matrix material, but lower than a melting temperature of the core. In addition, the reinforcement elements are extruded.

Eine Einrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Vorformlingen aus einer faserverstärkten Zusammensetzung sind in der Druckschrift US 6 214 279 B1 beschrieben. Dabei ist vorgesehen, dass ein Vorformling netzförmig ausgebildet ist und Schicht für Schicht hergestellt wird.A device and a method for producing preforms from a fiber-reinforced composition are in the document US 6,214,279 B1 described. It is envisaged that a preform will be network-shaped and will be produced layer by layer.

Außerdem sind aus der Druckschrift DE 10 2011 109 369 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Gegenstands mit einer Faserzuführung bekannt. Dabei ist vorgesehen, das Verfahren generativ durchzuführen, wobei ein dreidimensionaler Gegenstand mit verbesserten Werkstoffeigenschaften zur Verfügung gestellt wird.Also are from the publication DE 10 2011 109 369 A1 a method and an apparatus for producing a three-dimensional object with a fiber feed is known. It is provided that the method is carried out generatively, a three-dimensional object with improved material properties being made available.

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Fertigungsanlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und der Fertigungsanlage gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.Against this background, a method and a production system with the features of the independent claims are presented. Refinements of the method and of the production plant emerge from the dependent patent claims and the description.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Herstellen eines aus mehreren Schichten bestehenden bzw. mehrschichtigen Bauteils mit einer Fertigungsanlage vorgesehen. Bei dem Verfahren wird einerseits mindestens eine Lage Fasern, wobei die Fasern in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind und jeweils eine Faser eine Länge aufweist, die mindestens so groß wie ein Langfaserwert ist, mit Enden der Fasern voran zu einer Verarbeitungsstation der Fertigungsanlage gefördert. Andererseits wird auch flüssiges Matrixmaterial zu der Verarbeitungsstation gefördert. Von der Verarbeitungsstation wird jeweils eine Kette von zumindest teilweise in Matrixmaterial getränkten und von den Fasern bzw. an Enden der Fasern abgeschnittenen Endabschnitten, wobei jeweils ein Endabschnitt eine Länge mit einem Kurzfaserwert aufweist, als Bestandteil einer Schicht des herzustellenden Bauteils auf einer Oberfläche angeordnet.The method according to the invention is intended for producing a component consisting of several layers or a multi-layer component with a production system. In the method, on the one hand at least one layer of fibers, the fibers being arranged in a row next to one another and each having a length that is at least as long as a long fiber value, is conveyed with ends of the fibers to a processing station of the production plant. On the other hand, liquid matrix material is also conveyed to the processing station. A chain of end sections soaked at least partially in matrix material and cut off from the fibers or at the ends of the fibers, each end section having a length with a short fiber value, is arranged on a surface as part of a layer of the component to be produced from the processing station.

Üblicherweise werden die Endabschnitte in der Verarbeitungsstation zuerst in das flüssige Matrixmaterial getränkt und danach von den Fasern abgeschnitten. Die Endabschnitte an den Enden der Fasern sind zueinander parallel ausgerichtet. Durch Auftragen von flüssigem Matrixmaterial bzw. durch Tränken der Endabschnitte darin wird die Kette aus Endabschnitten gebildet, wobei die Endabschnitte nunmehr durch das Matrixmaterial unter Beibehaltung ihrer ursprünglichen parallelen Anordnung miteinander verbunden werden. Erst danach werden sie durch eine Schneidvorrichtung der Verarbeitungsstation von den jeweiligen Fasern bzw. dem jeweilig verbleibenden Teil der Fasern abgeschnitten. Danach wird die Kette aus Endabschnitten, die über das Matrixmaterial verbunden sind, unter Beibehaltung der parallelen Anordnung auf der Oberfläche angeordnet.Typically, the end sections in the processing station are first soaked in the liquid matrix material and then cut from the fibers. The end portions at the ends of the fibers are aligned parallel to one another. By applying liquid matrix material or by soaking the end sections therein, the chain is formed from end sections, the end sections now being connected to one another by the matrix material while maintaining their original parallel arrangement. Only then are they cut from the respective fibers or the respectively remaining part of the fibers by a cutting device of the processing station. The chain of end sections, which are connected via the matrix material, is then arranged on the surface while maintaining the parallel arrangement.

In alternativer Ausgestaltung werden die Endabschnitte in der Verarbeitungsstation zuerst von den jeweiligen Fasern abgeschnitten und danach in das flüssige Matrixmaterial getränkt. Nachfolgend wird eine dabei gebildete Reihe aus Endabschnitten, die über das Matrixmaterial miteinander verbunden sind, auf der Oberfläche angeordnet.In an alternative embodiment, the end sections in the processing station are first cut off from the respective fibers and then soaked in the liquid matrix material. Subsequently, a row of end sections formed in this way, which are connected to one another via the matrix material, is arranged on the surface.

Üblicherweise ist der Langfaserwert für die Länge der Fasern vielfach länger als der Kurzfaserwert für die Länge der Endabschnitte der Fasern. Weiterhin werden endlose Stränge an Fasern zu der Verarbeitungsstation gefördert, wobei von deren Enden die in Matrixmaterial getränkten Endabschnitte abgeschnitten werden. Der Kurzfaserwert der Länge eines jeweiligen Endabschnitts beträgt in der Regel, je nach Anwendung wenige Millimeter, bspw. 1 bis 4 mm, oder lediglich einen Bruchteil eines Millimeters.Usually the long fiber value for the length of the fibers is often longer than the short fiber value for the length of the end sections of the fibers. Endless strands of fibers are also conveyed to the processing station, the ends of which are soaked in the end portions soaked in matrix material. The short fiber value of the length of a respective end section is usually, depending on the application, a few millimeters, for example 1 to 4 mm, or only a fraction of a millimeter.

Außerdem wird jeweils ein Endabschnitt einer Faser zumindest teilweise in einen Tropfen aus flüssigem Matrixmaterial getränkt, wobei dieser Tropfen aus flüssigem Matrixmaterial und der darin eingebettete Teil des Endabschnitts der Faser eine Sphäre bilden.In addition, an end portion of a fiber is at least partially dropped into a drop impregnated liquid matrix material, this drop of liquid matrix material and the part of the end portion of the fiber embedded therein form a sphere.

Zum schichtweisen Aufbau des Körpers werden mehrere Ketten aus in Matrixmaterial getränkten Endabschnitten unter Durchführung eines dreidimensionalen Druckverfahrens additiv nacheinander übereinander angeordnet. Alternativ oder ergänzend werden im Rahmen des dreidimensionalen Druckverfahrens mehrere Ketten aus in Matrixmaterial getränkten Endabschnitten nacheinander nebeneinander angeordnet, wobei aus mehreren nebeneinander angeordneten Ketten jeweils eine Schicht gebildet wird.To build up the body in layers, several chains of end sections soaked in matrix material are additively arranged one after the other using a three-dimensional printing method. As an alternative or in addition, as part of the three-dimensional printing process, a plurality of chains of end sections soaked in matrix material are arranged one after the other, a layer being formed from a plurality of chains arranged side by side.

In der Regel wird nur ein erster Teil eines Endabschnitts einer Faser in Matrixmaterial getränkt, wobei das bspw. als Tropfen bereitgestellte Matrixmaterial und der erste Teil des darin getränkten Endabschnitts die Sphäre bilden. Dagegen wird mindestens ein zweiter Teil des Endabschnitts außerhalb des Matrixmaterials und somit außerhalb der Sphäre angeordnet. Somit ist der erste Teil des Endabschnitts von dem Matrixmaterial umhüllt und der mindestens eine zweite Teil außerhalb des Matrixmaterials angeordnet. Falls zwei zweite Teile des Endabschnitts außerhalb des Matrixmaterials angeordnet sind, umhüllt das Matrixmaterial nur einen mittleren Teil eines jeweiligen Endabschnitts.As a rule, only a first part of an end section of a fiber is soaked in matrix material, the matrix material provided, for example, as drops and the first part of the end section soaked therein forming the sphere. In contrast, at least a second part of the end section is arranged outside the matrix material and thus outside the sphere. The first part of the end section is thus enveloped by the matrix material and the at least one second part is arranged outside the matrix material. If two second parts of the end section are arranged outside the matrix material, the matrix material envelops only a central part of a respective end section.

Der mindestens eine zweite Teil des Endabschnitts der Faser aus einer Kette von Endabschnitten, die eben erst bereitgestellt worden ist, wird in die Sphäre einer benachbarten Kette von Endabschnitten, die zuvor zumindest teilweise in dem Matrixmaterial getränkt und bereits auf der Oberfläche angeordnet sind bzw. worden sind, eingeführt.The at least a second part of the end section of the fiber from a chain of end sections which has just been provided is placed in the sphere of an adjacent chain of end sections which have previously been at least partially soaked in the matrix material and have already been arranged on the surface are introduced.

Alternativ oder ergänzend wird auf dem mindestens einen zweiten Teil des Endabschnitts der Faser aus einer Kette von Endabschnitten, die bereits auf der Oberfläche angeordnet sind, eine eben erst bereitgestellte Sphäre einer benachbarten Kette von Endabschnitten, die zumindest teilweise in dem Matrixmaterial getränkt sind, angeordnet, bspw. aufgesteckt oder aufgespießt.Alternatively or additionally, on the at least one second part of the end section of the fiber from a chain of end sections which are already arranged on the surface, a sphere of a neighboring chain of end sections which has just been provided and which is at least partially soaked in the matrix material is provided, For example, put on or skewered.

Die erfindungsgemäße Fertigungsanlage ist zum Herstellen eines aus mehreren Schichten bestehenden Bauteils ausgebildet und umfasst eine erste und eine zweite Fördereinrichtung sowie eine Verarbeitungsstation. Dabei ist die erste Fördereinrichtung dazu ausgebildet, mindestens eine Lage Fasern, wobei die Fasern in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind und jeweils eine Faser eine Länge aufweist, die mindestens so groß wie ein Langfaserwert ist, mit Enden der Fasern voran zu der Verarbeitungsstation der Fertigungsanlage zu fördern. Die zweite Fördereinrichtung ist dazu ausgebildet, flüssiges Matrixmaterial zu der Verarbeitungsstation zu fördern. Die Verarbeitungsstation ist dazu ausgebildet, jeweils eine Kette von zumindest teilweise in Matrixmaterial getränkten und von den Fasern abgeschnittenen Endabschnitten, wobei jeweils ein Endabschnitt einen Kurzfaserwert aufweist, als Bestandteil einer Schicht des herzustellenden Bauteils auf einer Oberfläche anzuordnen.The production plant according to the invention is designed to produce a component consisting of several layers and comprises a first and a second conveyor device and a processing station. The first conveyor is designed to feed at least one layer of fibers, the fibers being arranged in a row next to one another and each having a length that is at least as long as a long fiber value, with the ends of the fibers leading to the processing station of the production plant promote. The second conveyor is designed to convey liquid matrix material to the processing station. The processing station is designed in each case to arrange a chain of end sections soaked at least partially in matrix material and cut off from the fibers, one end section each having a short fiber value, as part of a layer of the component to be produced on a surface.

Die Verarbeitungsstation weist eine Schneideeinrichtung auf, wobei die Schneideeinrichtung zum Schneiden von Fasern ein Messer, eine Laserquelle und/oder eine Fluidstrahlquelle umfasst, wobei mit der Laserquelle ein Laserstrahl und/oder mit der Fluidstrahlquelle ein Fluidstrahl zum Schneiden der Fasern bereitzustellen ist.The processing station has a cutting device, the cutting device for cutting fibers comprising a knife, a laser source and / or a fluid jet source, a laser beam having to be provided with the laser source and / or a fluid jet for cutting the fibers having to be provided with the fluid jet source.

Außerdem umfasst die Fertigungsanlage auch eine Bauteilaufnahme mit einer Oberfläche, die relativ zu der Verarbeitungsstation zu bewegen und/oder zu drehen ist, wobei die jeweils eine Kette von zumindest teilweise in Matrixmaterial getränkten und von den jeweiligen Fasern abgeschnittenen Endabschnitten auf der Oberfläche anzuordnen ist.In addition, the production system also includes a component holder with a surface that can be moved and / or rotated relative to the processing station, the respective chain of end sections soaked at least partially in matrix material and cut off from the respective fibers being arranged on the surface.

Weiterhin umfasst die Fertigungsanlage eine Recheneinheit, die dazu ausgebildet ist, die Fertigungsanlage unter Berücksichtigung eines Modells für das herzustellende Bauteil sowie unter Durchführung eines dreidimensionalen Druckverfahrens zu steuern, wobei mehrere Ketten von zumindest teilweise in Matrixmaterial getränkten und von den Fasern abgeschnittenen Endabschnitten auf der Oberfläche relativ zueinander anzuordnen sind.Furthermore, the production system comprises a computing unit which is designed to control the production system taking into account a model for the component to be produced and by carrying out a three-dimensional printing process, with several chains of end sections soaked at least partially in matrix material and cut off from the fibers relative to the surface are to be arranged to each other.

Somit wird bei Durchführung des Verfahrens mit der Fertigungsanlage durch die Verarbeitungseinheit eine Vielzahl von Ketten jeweils nebeneinander angeordneter Endabschnitte von Fasern, wobei diese Endabschnitte über das flüssige Matrixmaterial miteinander verbunden sind, bereitgestellt.Thus, when the method is carried out with the production system by the processing unit, a plurality of chains of end sections of fibers arranged next to one another are provided, these end sections being connected to one another via the liquid matrix material.

Bei einem Beginn einer schichtweisen Herstellung des Bauteils wird eine erste Schicht aus mehreren Ketten von Endabschnitten, die zumindest teilweise in Matrixmaterial getränkt sind, direkt auf der Oberfläche der Bauteilaufnahme angeordnet. Falls auf einer derart gebildeten Schicht weitere Ketten von Endabschnitten, die zumindest teilweise in Matrixmaterial eingebunden sind, anzuordnen sind, wird eine bereits bestehende Schicht des herzustellenden Bauteils als Oberfläche für eine weitere darüber anzuordnende Schicht verwendet. Der mindestens eine zweite Teil eines Endabschnitts einer Faser, der außerhalb des Matrixmaterials einer Kette angeordnet ist, wird in Ausgestaltung in Matrixmaterial einer unmittelbar benachbarten Kette eingeführt, wobei zumindest unmittelbar benachbarte Ketten über Fasern bzw. über das Matrixmaterial miteinander verknüpft werden.At the start of a layer-by-layer production of the component, a first layer of several chains of end sections, which are at least partially soaked in matrix material, is arranged directly on the surface of the component holder. If further chains of end sections, which are at least partially embedded in matrix material, are to be arranged on a layer formed in this way, an already existing layer of the component to be produced is used as the surface for a further layer to be arranged above. The at least one second part of an end section of a fiber, which is arranged outside the matrix material of a chain, is in one embodiment introduced into matrix material of an immediately adjacent chain, at least immediately adjacent chains being linked to one another via fibers or via the matrix material.

Das Matrixmaterial aus erwärmtem Kunststoff, bspw. aus Polyamid, Polypropylen oder Polyethylen, wird im viskosen, üblicherweise flüssigen Zustand zu der Verarbeitungsstation gefördert. The matrix material made of heated plastic, for example made of polyamide, polypropylene or polyethylene, is conveyed to the processing station in the viscous, usually liquid state.

Sobald eine Kette auf der Oberfläche der Bauteilaufnahme und/oder auf einer Oberfläche einer bereits bereitgestellten Schicht angeordnet wird, kühlt das Matrixmaterial ab und härtet aus. In einer möglichen Ausgestaltung ist der Verarbeitungsstation eine Heizquelle zugeordnet, mit der das Matrixmaterial einer Kette in einem flüssigen Zustand gehalten bzw. das Aushärten zeitlich gezielt gesteuert wird.As soon as a chain is arranged on the surface of the component holder and / or on a surface of an already provided layer, the matrix material cools down and hardens. In one possible embodiment, the processing station is assigned a heating source with which the matrix material of a chain is kept in a liquid state or the hardening is controlled in a timely manner.

Außerdem ist vorgesehen, dass der mindestens eine zweite Teil eines Endabschnitts einer jeweiligen Kette, der außerhalb des Matrixmaterials angeordnet ist, relativ zu einer Schicht des herzustellenden Bauteils gezielt ausgerichtet wird.In addition, it is provided that the at least one second part of an end section of a respective chain, which is arranged outside the matrix material, is specifically aligned relative to a layer of the component to be produced.

Mit der Fertigungsanlage sowie dem Verfahren ist das Bauteil über ein dreidimensionales Druckverfahren herzustellen, wobei Schichten des herzustellenden Bauteils durch einzelne Ketten aus Endabschnitten von Fasern, die zumindest teilweise in flüssigem Matrixmaterial getränkt sind, aufgebaut werden.With the production system and the method, the component is to be produced using a three-dimensional printing method, layers of the component to be produced being built up by individual chains from end sections of fibers which are at least partially soaked in liquid matrix material.

Außerdem ist es möglich, eine Orientierung jeweils eines Endabschnitts einer Faser in einer Kette beim Anordnen auf der Oberfläche zu berücksichtigen, wobei einzelne Ketten aus Endabschnitten in unterschiedlichen Richtungen miteinander zu verbinden und somit stabil zu vernetzen sind. Hierbei ist bspw. eine Richtung einer Kraft zu berücksichtigen, die auf das fertige Bauteil wirken wird.In addition, it is possible to take into account an orientation of each end section of a fiber in a chain when arranging it on the surface, individual chains of end sections being connected to one another in different directions and thus being stably networked. Here, for example, a direction of a force must be taken into account that will act on the finished component.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.

  • 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage.
The invention is illustrated schematically using an embodiment in the drawing and is described schematically and in detail with reference to the drawing.
  • 1 shows a schematic representation of an embodiment of the manufacturing system according to the invention.

Die in 1 schematisch dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage 2 umfasst eine erste, hier als Faservorschubvorrichtung ausgebildete Fördervorrichtung 3, die mindestens eine Rolle 4 und/der Walze umfasst, und eine zweite Fördervorrichtung 5 mit einem Behälter 6 und einer Zuleitung 16. Die erste Fördervorrichtung 3 kann hier nicht dargestellte Umlenkrollen umfassen, die dazu dienen, Fasern 14 zu führen und den Fasern 14 jeweils einen Faservorschub zu geben. Außerdem umfasst die Fertigungsanlage 3 eine Verarbeitungsstation 8 mit einem Gehäuse 24, das einen Rovingkanal bzw. Faserkanal 28 und einen Abschnitt der Zuleitung 16 umschließt, einer Druck- oder Zugvorrichtung 9 und einer Schneideeinrichtung 10. Die Fertigungsanlage 2 umfasst auch eine Bauteilaufnahme 12 und eine Dosiervorrichtung 30 mit einem elektromechanisch zu bewegenden, bspw. piezobeaufschlagten Stempel 26, mit dem eine Düse bzw. ein Ventil in der Verarbeitungsstation 8 zu öffnen und zu schließen ist.In the 1 schematically illustrated embodiment of the manufacturing plant according to the invention 2 comprises a first conveying device designed here as a fiber feed device 3 that have at least one role 4 and / the roller, and a second conveyor 5 with a container 6 and a supply line 16 , The first conveyor 3 may include deflection rollers, not shown here, which serve fibers 14 to guide and the fibers 14 to give each a fiber feed. The manufacturing facility also includes 3 a processing station 8th with a housing 24 that a roving channel or fiber channel 28 and a section of the supply line 16 encloses a push or pull device 9 and a cutter 10 , The manufacturing plant 2 also includes a component holder 12 and a dosing device 30 with a stamp that can be moved electromechanically, for example with piezo 26 with which a nozzle or a valve in the processing station 8th to open and close.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die mit der hier vorgestellten Ausführungsform der Fertigungsanlage 2 durchführbar ist, ist vorgesehen, dass von der ersten Fördervorrichtung 3 ausgehend von der mindestens einen Rolle 4 zu dem Faserkanal 28 der Verarbeitungsstation 8 eine Reihe mehrerer zueinander parallel angeordneter Fasern 14 transportiert wird. Außerdem wird von der zweiten Fördereinrichtung 5, die den hier beheizbaren Behälter 6 für warmes, flüssiges sowie in der Regel unter Druck stehendes Matrixmaterial 7 umfasst, der Verarbeitungsstation 8 über die Zuleitung 16 derartiges Matrixmaterial 7 bereitgestellt.In one embodiment of the method according to the invention, that with the embodiment of the production system presented here 2 is feasible, it is provided that the first conveyor 3 starting from the at least one role 4 to the fiber channel 28 the processing station 8th a series of several fibers arranged parallel to each other 14 is transported. In addition, the second conveyor 5 that the here heated container 6 for warm, liquid and usually pressurized matrix material 7 comprises the processing station 8th via the supply line 16 such matrix material 7 provided.

Bei dem Verfahren werden Enden der Fasern 14 hier über die erste Fördervorrichtung 3 und/oder die Druck- oder Zugvorrichtung 9 durch den Faserkanal 28 zu dessen Ende transportiert. Dann werden die Fasern 14 von der Druck- oder Zugvorrichtung 9 bis zu einer nicht weiter dargestellten Anschlagmarke auf eine definierte Länge, die einem jeweils vorgesehenen Kurzfaserwert entspricht, aus dem Faserkanal 28 herausgezogen.In the process, ends of the fibers 14 here about the first conveyor 3 and / or the pushing or pulling device 9 through the fiber channel 28 transported to the end. Then the fibers 14 from the push or pull device 9 up to a stop mark, not shown, to a defined length, which corresponds to a respectively provided short fiber value, from the fiber channel 28 pulled out.

Sobald die Enden der Fasern 14 die Anschlagmarke erreicht haben, wird ein Transport der Fasern 14 in Richtung der Verarbeitungsstation 8 von der Druck- oder Zugvorrichtung 9 angehalten bzw. unterbrochen. Dann wird auf Endabschnitte 18 der Fasern 14, wobei jeweils ein Endabschnitt 18 eine Länge mit dem Kurzfaserwert aufweist, aus der Zuleitung 16 unter Einwirkung des Stempels 26 flüssiges und/oder geschmolzenes Matrixmaterial 7 aufgetragen, wobei jeweils ein Endabschnitt 18 zumindest teilweise und demnach evtl. nur unvollständig in Matrixmaterial 7 getränkt wird, wobei hier für jeden Endabschnitt 18 eine Sphäre 20 aus Matrixmaterial 7 bereitgestellt wird, die bzw. das den Endabschnitt 18 zumindest teilweise umschließt.Once the ends of the fibers 14 have reached the stop mark, the fibers will be transported 14 towards the processing station 8th from the push or pull device 9 stopped or interrupted. Then on end sections 18 of the fibers 14 , each with an end section 18 has a length with the short fiber value, from the feed line 16 under the influence of the stamp 26 liquid and / or molten matrix material 7 applied, each with an end portion 18 at least partially and therefore possibly only incompletely in matrix material 7 is soaked, here for each end section 18 a sphere 20 made of matrix material 7 is provided, the or the end portion 18 at least partially encloses.

Eine Menge an Matrixmaterial 7 für jeweils eine Sphäre 20 wird durch den Stempel 26 und/oder die zweite Fördervorrichtung 5 dosiert und somit eingestellt. Hierbei wird der Druck des Matrixmaterials 7 durch die zweite Fördervorrichtung 5 und eine Öffnungszeit des Ventils bzw. der Düse durch den Stempel 26 eingestellt.A lot of matrix material 7 for one sphere at a time 20 is by the stamp 26 and / or the second conveyor 5 dosed and thus adjusted. This is the pressure of the matrix material 7 through the second conveyor 5 and an opening time of the valve or the nozzle by the stamp 26 set.

Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass mehrere Endabschnitte 18, die zueinander parallel angeordnet sind, über benachbarte Sphären 20 aus flüssigen Matrixmaterial 7 miteinander verbunden werden.The method provides for a plurality of end sections 18 , which are arranged parallel to each other, via neighboring spheres 20 made of liquid matrix material 7 be connected to each other.

Danach ist vorgesehen, dass die mit der Druck- oder Zugvorrichtung 9 abgelängten Endabschnitte 18 mit den Sphären 20 durch die Schneideeinrichtung 10, die hier als Messer ausgebildet ist, von den restlichen Fasern 14 abgeschnitten werden. Da die Endabschnitte 18 sowie die Sphären 20 über unmittelbar benachbarte Sphären 20 miteinander verbunden sind, wird nach Abschneiden dieser Endabschnitte 18 und der Sphären 20 eine Kette 22 aus Endabschnitten 18 und Sphären 20 bereitgestellt.Thereafter it is provided that with the push or pull device 9 cut end sections 18 with the spheres 20 through the cutting device 10 , which is designed here as a knife, from the remaining fibers 14 be cut off. Because the end sections 18 as well as the spheres 20 about immediately adjacent spheres 20 are interconnected after cutting off these end sections 18 and the spheres 20 a chain 22 from end sections 18 and spheres 20 provided.

Weiterhin wird eine jeweilige Kette 22 unter Berücksichtigung einer Ausrichtung auf einer Oberfläche der Bauteilaufnahme 12 angeordnet. Hierbei ist möglich, dass die Bauteilaufnahme 12 relativ zu der Verarbeitungsstation 8 bewegbar und/oder drehbar ist. Einzelne Ketten 22, die nacheinander von der Verarbeitungsstation 8 bereitgestellt werden, werden auf der Oberfläche zunächst nebeneinander angeordnet, wobei aus mehreren nebeneinander angeordneten Ketten 22 jeweils eine Schicht gebildet wird. Außerdem werden auf einer bereits gebildeten Schicht weitere derartige Ketten 22 angeordnet. Das zunächst noch erwärmte und flüssige Matrixmaterial 7 und somit die Sphären 20 kühlt bzw. kühlen sich ab und härtet bzw. härten aus.Furthermore, a respective chain 22 taking into account an alignment on a surface of the component holder 12 arranged. It is possible that the component holder 12 relative to the processing station 8th is movable and / or rotatable. Individual chains 22 successively from the processing station 8th are provided, are first arranged side by side on the surface, with several chains arranged side by side 22 one layer is formed. In addition, other such chains are formed on a layer that has already been formed 22 arranged. The initially heated and liquid matrix material 7 and thus the spheres 20 cools or cools down and hardens or hardens.

Claims (11)

Verfahren zum Herstellen eines aus mehreren Schichten bestehenden Bauteils mit einer Fertigungsanlage (2), bei dem einerseits mindestens eine Lage Fasern (14), wobei die Fasern (14) in einer Reihe im Wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind und jeweils eine Faser (14) eine Länge aufweist, die mindestens so groß wie ein Langfaserwert ist, mit Enden der Fasern (14) voran zu einer Verarbeitungsstation (8) der Fertigungsanlage (2) gefördert wird, und bei dem andererseits flüssiges Matrixmaterial (7) zu der Verarbeitungsstation (8) gefördert wird, wobei von der Verarbeitungsstation (8) jeweils eine Kette (22) von zumindest teilweise in Matrixmaterial (7) getränkten und von den jeweiligen Fasern (14) abgeschnittenen Endabschnitten (18), wobei jeweils ein Endabschnitt (18) einen Kurzfaserwert aufweist, als Bestandteil einer Schicht des herzustellenden Bauteils auf einer Oberfläche angeordnet wird, wobei nur ein erster Teil eines Endabschnitts (18) einer Faser (14) in Matrixmaterial (7) getränkt wird, wobei das Matrixmaterial (7) und der erste Teil des darin getränkten Endabschnitts eine Sphäre (20) bilden, wohingegen mindestens ein zweiter Teil des Endabschnitts (18) außerhalb des Matrixmaterials (7) angeordnet wird.Method for producing a component consisting of several layers with a production system (2), in which on the one hand at least one layer of fibers (14), the fibers (14) being arranged in a row essentially parallel to one another and one fiber (14) each Has a length which is at least as long as a long fiber value, with the ends of the fibers (14) forward to a processing station (8) of the production system (2), and on the other hand, liquid matrix material (7) is conveyed to the processing station (8) whereby, from the processing station (8) in each case a chain (22) of at least partially soaked in matrix material (7) and cut off from the respective fibers (14) end sections (18), each end section (18) having a short fiber value, as Part of a layer of the component to be produced is arranged on a surface, only a first part of an end section (18) of a fiber (14) in matrix is impregnated with the material (7), the matrix material (7) and the first part of the end section soaked therein forming a sphere (20), whereas at least a second part of the end section (18) is arranged outside the matrix material (7). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Endabschnitte (18) in der Verarbeitungsstation (8) zuerst zumindest teilweise in das flüssige Matrixmaterial (7) getränkt und danach von den Fasern (14) abgeschnitten werden.Procedure according to Claim 1 , in which the end sections (18) in the processing station (8) are first at least partially soaked in the liquid matrix material (7) and then cut off from the fibers (14). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jeweils ein Endabschnitt (18) einer Faser (14) zumindest teilweise in einen Tropfen aus flüssigem Matrixmaterial (7) getränkt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , in which an end section (18) of a fiber (14) is at least partially soaked in a drop of liquid matrix material (7). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mehrere Ketten (22) aus in Matrixmaterial (7) getränkten Endabschnitten (18) nacheinander übereinander angeordnet werden.Method according to one of the preceding claims, in which a plurality of chains (22) of end sections (18) impregnated in matrix material (7) are arranged one above the other. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mehrere Ketten (22) aus in Matrixmaterial (7) getränkten Endabschnitten (18) nacheinander nebeneinander angeordnet werden.Method according to one of the preceding claims, in which a plurality of chains (22) made of end sections (18) soaked in matrix material (7) are arranged one after the other. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine zweite Teil des Endabschnitts (18) der Faser (14) aus einer Kette (22) von Endabschnitten (18) in eine Sphäre (20) einer benachbarten Kette (22) von Endabschnitten (18), die zumindest teilweise in dem Matrixmaterial (7) getränkt und bereits auf der Oberfläche angeordnet sind, eingeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the at least one second part of the end section (18) of the fiber (14) from a chain (22) of end sections (18) into a sphere (20) of an adjacent chain (22) of end sections ( 18), which are at least partially soaked in the matrix material (7) and are already arranged on the surface. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem auf dem mindestens einen zweiten Teil des Endabschnitts (18) der Faser (4) aus einer Kette (22) von Endabschnitten (18) eine Sphäre (20) einer benachbarten Kette (22) von Endabschnitten (14), die zumindest teilweise in dem Matrixmaterial (7) getränkt sind, angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, in which on the at least one second part of the end section (18) of the fiber (4) from a chain (22) of end sections (18) a sphere (20) of an adjacent chain (22) of end sections ( 14) which are at least partially soaked in the matrix material (7). Fertigungsanlage zum Herstellen eines aus mehreren Schichten bestehenden Bauteils, wobei die Fertigungsanlage (2) eine erste und eine zweite Fördereinrichtung (4, 6) sowie eine Verarbeitungsstation (8) aufweist, wobei die erste Fördereinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, mindestens eine Lage Fasern (14), wobei die Fasern (14) in einer Reihe im Wesentlichen parallel nebeneinander angeordnet sind und jeweils eine Faser (14) eine Länge aufweist, die mindestens so groß wie ein Langfaserwert ist, mit Enden der Fasern (14) voran zu der Verarbeitungsstation (8) der Fertigungsanlage (2) zu fördern, wobei die zweite Fördereinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, flüssiges Matrixmaterial (7) zu der Verarbeitungsstation (8) zu fördern, wobei die Verarbeitungsstation (8) dazu ausgebildet ist, jeweils eine Kette (22) von zumindest teilweise in Matrixmaterial (7) getränkten und von den Fasern (14) abgeschnittenen Endabschnitten (18), wobei jeweils ein Endabschnitt (18) eine Kurzfaserlänge aufweist, als Bestandteil einer Schicht des herzustellenden Bauteils auf einer Oberfläche anzuordnen, wobei nur ein erster Teil eines Endabschnitts (18) einer Faser (14) in Matrixmaterial (7) zu tränken ist, wobei das Matrixmaterial (7) und der erste Teil des darin getränkten Endabschnitts eine Sphäre (20) bilden, wohingegen mindestens ein zweiter Teil des Endabschnitts (18) außerhalb des Matrixmaterials (7) anzuordnen ist.Production system for producing a component consisting of several layers, the production system (2) having a first and a second conveyor device (4, 6) and a processing station (8), the first conveyor device (4) being designed to have at least one layer of fibers (14), the fibers (14) being arranged in a row essentially parallel to one another and each having a fiber (14) a length which is at least as long as a long fiber value, with ends of the fibers (14) leading to the processing station (8) to convey the production system (2), the second conveying device (6) being designed to convey liquid matrix material (7) to the processing station (8), the Processing station (8) is designed to each have a chain (22) of end sections (18) soaked at least partially in matrix material (7) and cut off from the fibers (14), each end section (18) having a short fiber length, as part of a Arrange layer of the component to be produced on a surface, wherein only a first part of an end section (18) of a fiber (14) is to be soaked in matrix material (7), the matrix material (7) and the first part of the end section soaked therein having a sphere ( 20), whereas at least a second part of the end section (18) is to be arranged outside the matrix material (7). Fertigungsanlage nach Anspruch 8, bei der die Verarbeitungsstation (8) eine Schneideeinrichtung (10) aufweist, wobei die Schneideeinrichtung (10) zum Schneiden von Fasern (14) ausgebildet ist.Manufacturing plant after Claim 8 , at which the processing station (8) has a cutting device (10), the cutting device (10) being designed for cutting fibers (14). Fertigungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, die eine Bauteilaufnahme (12) mit einer Oberfläche aufweist, die relativ zu der Verarbeitungsstation (8) zu bewegen ist, wobei die jeweils eine Kette (22) von zumindest teilweise in Matrixmaterial (7) getränkten und von den Fasern (14) abgeschnittenen Endabschnitten (18) auf der Oberfläche anzuordnen ist.Manufacturing plant after Claim 8 or 9 which has a component receptacle (12) with a surface which can be moved relative to the processing station (8), the chain (22) in each case having end sections soaked at least partially in matrix material (7) and cut off from the fibers (14) (18) to be placed on the surface. Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, die eine Recheneinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, die Fertigungsanlage (2) unter Berücksichtigung eines Modells für das herzustellende Bauteil zu steuern, wobei mehrere Ketten (22) von zumindest teilweise in Matrixmaterial (7) getränkten und von den Fasern (14) abgeschnittenen Endabschnitten (18) auf der Oberfläche relativ zueinander anzuordnen sind.Manufacturing plant according to one of the Claims 8 to 10 which has a computing unit which is designed to control the production system (2) taking into account a model for the component to be produced, wherein several chains (22) of at least partially soaked in matrix material (7) and cut off from the fibers (14) End sections (18) are to be arranged on the surface relative to one another.
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