Laser Assisted Tape Winding (LATW)

De laser assisted tape winding technologie maakt de fabricage van composietproducten met een hoge graad van automatisering mogelijk. De combinatie van een standaard UD-tape, met vezels ingebed in een thermoplastische matrix, en een krachtige laserstraal om het materiaal te verhitten, stelt fabrikanten in staat om verschillende materialen te verwerken en hoge productiviteitscijfers te behalen.

Het lasergesteund wikkelen van tape maakt deel uit van de Automated Fiber Placement (AFP) technologie, samen met het lasergesteund leggen van tape (laser assisted tape laying) voor plaat en 3D-vormen.

De laser assisted tape winding technologie wordt algemeen gezien als een doorbraak voor de toepassing van thermoplastische composiet producten voor massaproductie en grote series door de hoge automatiseringscapaciteit in combinatie met de laser capaciteit voor hoge productiviteit.

Hoe werkt de technologie?

Deze technologie maakt gebruik van de eigenschap van thermoplasten om zacht te worden bij een bepaalde temperatuur, door het materiaal te verhitten met een laserstraal. In de figuur hiernaast wordt het laserondersteunde tapewikkelproces in detail weergegeven. Rond de doorn, die de binnenvorm van de buis bepaalt, wordt de UD-tape gewikkeld door de doorn te draaien terwijl de laser rechtstreeks de tape en een deel van het substraat verhit. Het substraat is in het algemeen de reeds geproduceerde laag (lagen) op de doorn. Door het laservermogen te gebruiken om de gemengde zone van UD-tape en substraat nauwkeurig te verhitten, kan het materiaal met een hoge snelheid aan elkaar worden gelast. De consolidatierol zal onmiddellijk druk uitoefenen op de laszone en de zone afkoelen om een perfecte las tussen tape en substraat te verkrijgen.

De hoek tussen de doorn en de UD-tape, is bepalend voor de versterkingsrichting van de buis. Het afwisselen van verschillende hoeken/lagen zal resulteren in een min of meer isotroop gedrag van het materiaal. Het concentreren op bijvoorbeeld 45 graden hoeken zal de torsiestijfheid van de buis verbeteren. Op deze manier kan de buis worden geoptimaliseerd voor de specifieke functie in een product of machine, terwijl het materiaalverbruik wordt geminimaliseerd. 

laserwikkeltechnologie - LATW technologie

Figuur met dank aan Composite World

Wat zijn de mogelijkheden van de LATW-technologie?

Zoals ik reeds heb aangegeven, wordt deze technologie toegepast voor de vervaardiging van thermoplastische composietproducten. Dit type composietmateriaal is 100% recyclebaar en past perfect in het 3R-model: Reduce, Reuse en Recycle. 

De technologie kan worden toegepast op een grote groep thermoplasten die als UD-tape verkrijgbaar zijn. De meeste leveranciers van UD-tape leveren deze tapes met koolstofvezel en/of glasvezel. Ook andere vezels zoals aramide of biobased vezels zijn in sommige gevallen beschikbaar. Interessante ontwikkeling vanuit het oogpunt van duurzaamheid is de toepassing van biopolymeren als thermoplastische matrix in UD-tapes, hoewel dit zich nog in een vroeg ontwikkelingsstadium bevindt. 

 

Geschreven door Theo Mimpen, september 2021

Thermoplast composiet (CFR TP) buizen van Alformet

Veelgestelde vragen

Laser Assisted Tape Winding (LATW), een Automated Fiber Placement (AFP) technologie

De meest bekende processen om FRP producten te maken zijn meestal zeer arbeidsintensief en daarom niet geschikt voor massaproductie. Deze processen zijn vaak moeilijk te automatiseren en vereisen meerdere stappen.
Laserondersteund tape wikkelen is een zogenaamde AFP-technologie (automated fiber placement) en heeft net als 'laserondersteund tape leggen (LATL)' het voordeel dat de technologie kan worden geautomatiseerd. In gerobotiseerde of CNC-geautomatiseerde cellen vindt het proces voor de fabricage van deze producten plaats en biedt het de flexibiliteit om veel verschillende soorten producten in één cel te produceren. Het laservermogen maakt een hoge productiviteit van het fabricageproces mogelijk.
Een groot voordeel ten opzichte van de technologieën voor het verwerken van vezelversterkt thermohardend materiaal is dat er geen extra uithardingsstap nodig is. Dit vereenvoudigt het fabricageproces en voorkomt hoge investeringen in gespecialiseerde autoclaafapparatuur.

De Laser Asisted Tape Winding technologie is oorspronkelijk ontwikkeld door Boeing. Daarna nam AFPT GmbH de uitdaging aan om de technologie naar industrieel niveau te brengen. De technologie maakt de geautomatiseerde productie mogelijk van vezelversterkte thermoplastische producten zoals buizen en ringen, voornamelijk voor veeleisende toepassingen.
Voorbeelden zijn:

  • aandrijfassen (krachtoverbrenging)

  • frames voor zonnepanelen op zee (structuurelementen)

  • hydraulische cilinders (drukbeheersing)