Create  and  experiment  with  various  AFP  path  op6ons  to  evaluate  how  AFP  lay-­‐up  affects  a  composite  part’s  design  intent  

VERICUT  Composite  Paths  for  Engineering  (VCPe)  gives  a  composite  part  designer,  mechanical  engineer,  or  process  engineer  access  to  the  same  soHware  tools  NC  programmers  use  to  create  Automated  Fiber  Placement  (AFP)  NC  program  paths  that  are  subsequently  used  in  the  workshop  to  lay-­‐up  a  composite  part.  Using  these  tools,  the  part  designer  or  engineer  can  easily  create  and  experiment  with  various  AFP  path  op6ons  and  evaluate  how  AFP  lay-­‐up  affects  a  composite  part’s  design  intent.    

By  crea6ng  actual  AFP  lay-­‐up  courses  that  could  be  used  to  program  AFP  fabrica6on  equipment  in  the  workshop,  the  user  can  measure  and  evaluate  the  effects  of  AFP  path  trajectory,  material  steering,  surface  curvature,  course  convergence  and  other  process  constraints  as  they  would  be  applied  in  manufacturing,  confirming  the  design  is  producible.    

Introduc6on    With  AFP,  several  itera0ons  are  o3en  required  between  part  programming  and  part  design.  To  be  producible,  a  design  must  allow  for  the  surface  curvature’s  effect  on  material  steering  limits  and  the  ability  to  achieve  desired  fiber  direc0ons  and  overlap/gap  allowance.  A  reasonable  predic0on  of  actual  manufacturing  results  can  be  achieved  by  crea0ng  AFP  paths  and  analyzing  how  they  actually  lay  on  tool  surfaces,  and  subsequently  feeding  that  informa0on  back  into  the  part  design  process.  Tradi0onally  this  informa0on  is  not  available  un0l  NC  programming  creates  the  actual  NC  program  for  the  AFP  lay-­‐up  machine.  When  a  problem  is  discovered  at  this  late  stage,  and  the  design  must  be  modified  as  a  result,  significant  delays  can  occur.      VERICUT  Composite  Paths  for  Engineering    VERICUT  Composite  Paths  for  Engineering  (VCPe)  gives  a  composite  part  designer,  mechanical  engineer  or  process  engineer  access  to  the  same  so3ware  tools  NC  programmers  use  to  create  AFP  NC  program  paths  that  are  subsequently  used  in  the  workshop  to  lay-­‐up  a  composite  part.  Using  these  tools  the  part  designer  or  engineer  can  easily  create  and  experiment  with  various  AFP  path  op0ons  and  evaluate  how  AFP  lay-­‐up  affects  a  composite  part’s  design  intent.  By  producing  actual  AFP  lay-­‐up  courses  that  can  be  used  to  program  AFP  fabrica0on  equipment  in  the  workshop,  the  user  can  measure  and  evaluate  the  effects  of  AFP  path  trajectory,  material  steering,  surface  curvature,  course  convergence  and  other  process  constraints  as  they  would  be  applied  in  manufacturing.  Simulated  fiber  path  geometry  can  be  wriUen  to  various  CAD  formats  for  further  evalua0on  by  the  user’s  exis0ng  analysis  methods  and  tools.    VCPe  provides  producibil0y  analysis  for:  

•  Fiber  angle  •  Course  overlap  and  gap  •  Material  conformance  to  curved  surfaces  •  Material  steering  

 VCPe  is  a  subset  of  standard  VERICUT  Composite  Programming  (VCP)  features.  Just  like  VCP,  VCPe  reads  CAD  surfaces  and  ply  boundary  informa0on  and  adds  material  to  fill  the  plies  according  to  user-­‐specified  requirements.  A  variety  of  path  trajectory  strategies  can  be  used  to  fill  plies.  These  paths  can  then  be  validated  for  producibility.  A  user  can  quickly  experiment  with  various  lay-­‐up  approaches  in  order  to  meet  the  fiber  direc0on  requirements  while  staying  within  other  manufacturing  limits.    An  interface  to  Vistagy’s  Fibersim  composite  design  suite  of  products  is  included.  Interfaces  for  other  CAD  formats  including  CATIA,  NX  and  STEP  are  available.    

www.JECcomposites.com  

                                     

Bill  Hasenjaeger    Product  Marke0ng  Manager  CGTech,  USA  info@cgtech.com    

Crea6ng  AFP  Paths    VCPe  reads  CAD  surfaces  and  ply  boundary  informa0on  and  adds  material  to  fill  the  plies  according  to  user-­‐specified  manufacturing  standards  and  requirements.  Lay-­‐up  paths  are  then  linked  together  to  form  specific  lay-­‐up  sequences.    Overview  of  VERICUT’s  AFP  Path  Crea0on  Process:    1.  Read  the  layup  surface  model  from  CATIA  V5,  NX,  STEP,  or  ACIS  

•  Other  model  formats  available  upon  request.    2.  Read  ply  geometry  and  informa0on  from  FiberSIM,  CATIA  or  other  geometry  formats  

•  Boundary  geometry  •  Ply  direc0on  •  Start  points  

 3.  Experiment  with  various  layup  path  stategies.  There  are  several  factors  that  affect  the  kind  of  path  trajectories  that  can  be  laid  on  a  given  surface:    

•  Tool  surface  curvature  –  surface  curvature  determines  the  steering  required  to  maintain  the  desired  ply  direc0on.  

•  Material  steering  limits  –  the  extent  composite  material  can  deform  over  curved  areas.  Steering  limit  affects  the  ability  to  meet  the  desired  ply  direc0on.  

•  Ply  direc0on  tolerance  –  material  must  lay  in  a  certain  direc0on,  but  its  ability  to  meet  the  exact  direc0on  is  affected  by  tool  surface  curvature  and  material  steering  limits.  

•  Course  widths  –  when  laying  material  over  highly  curved  areas,  the  course  width  must  be  narrower  because  of  the  roller’s  ability  to  compact  the  material.  The  course  width  affects  where  gaps  and  overlaps  occur.  

•  Overlap/gap  allowance  –  gaps  and  overlap  are  created  where  the  tows  get  dropped  as  courses  converge  together.  Course  width,  direc0on  tolerance  and  steering  can  be  adjusted  to  affect  overlap/gap  placement.  

 Path  trajectory  methods:    

•  RoseUe:  lay  material  at  a  desired  angle  rela0ve  to  a  specified  roseUe  axis  system.  

•  Natural:  an  un-­‐steered  path;  either  edge  of  the  tow  are  the  same  length  as  it  proceeds  across  the  curved  surface.  

•  Parallel:  each  course  is  parallel  to  the  previous  one,  and  depending  on  the  curvature  of  the  surface,  parallel  paths  induce  steering,  and  they  may  deviate  from  the  desired  ply  angle,  but  they  won’t  have  laps  or  gaps.  

•  Limited  Steering:  the  course  trajectory  is  varies  between  the  material’s  steering  limit  and  desired  roseUe  direc0on.  

•  Limited  Parallel:  a  varia0on  of  parallel  trajectory,  where  the  courses  are  parallel  as  much  as  possible  un0l  the  direc0on  deviates  too  greatly  from  the  desired  ply  direc0on.  

•  Guide  Curves:  precisely  control  the  path  direc0on  by  laying  courses  parallel  to  one  or  more  guide  curves.  

 4.  Add  thickness  for  the  current  ply  or  sequence,  for  subsequent  layup  sequences  

•  Even  on  rela0vely  flat  layup  surfaces,  added  material  for  pad-­‐ups  or  the  addi0on  of  core  material  can  create  challenging  surface  curvature  for  path  crea0on.  

 5.  Link  paths  to  create  lay-­‐up  sequences  

•  Automa0cally  and/or  manually  link  paths  based  on  shortest  distance  and  the  form’s  topology.  

•  Evaluate  how  the  layup  strategy  may  affect  ply  crea0on.    6.  Export  the  as-­‐laid  material  geometry  for  further  analysis  in  exis0ng  engineering  systems.  

Introduc6on  to  CGTech  Composites  Applica6ons  for  Manufacturing    In  addi0on  to  VCPe,    CGTech’s  applica0ons  to  support  the  composite  fabrica0on  workshop  include  VERICUT  Composite  Programming  (VCP)  and  VERICUT  Composite  Simula0on  (VCS).  Together  these  so3ware  programs  comprise  a  suite  of  applica0ons  that  operate  independently  of  specific  CAD  systems  and  CNC  machinery.    This  independence  allows  a  composite  manufacturer  to  select  the  best  equipment  for  specific  projects,  and  support  them  all  from  one  single  NC  programming  applica0on.    VCP  contains  all  the  path  features  of  VCPe,  plus  the  tools  to  create  NC  programs  for  any  CNC-­‐controlled  AFP  equipment.  VCS  simulates  the  complete  layup  sequence  on  a  virtual  machine  using  the  actual  NC  programs  that  will  run  in  the  workshop.  Simulated  material  is  applied  to  the  lay-­‐up  form  via  NC  program  instruc0ons  in  a  virtual  CNC  simula0on  environment.  The  simulated  material  can  be  measured  and  inspected  to  ensure  the  NC  program  meets  requirements  and  produces  the  desired  workpiece.  In  addi0on  to  visual  and  automated  queues,  a  report  showing  simula0on  results  and  sta0s0cal  informa0on  is  automa0cally  created.  Fiber  Placement  Machine  Simula0on  details:  

•  Based  on  industry  leading  VERICUT  So3ware  •  User-­‐configurable  machine  kinema0cs  and  control  emula0on  models  •  Reads  and  simulates  ISO  (G-­‐Code)  NC  program  file  

VCPe  detects  poten-al  AFP  problems  such  as  undesirable  gaps  &  ply  angle  devia-ons

VERICUT  Composite  SoBware  overview.  VCPe  is  a  subset  of  standard  VERICUT  Composite  Programming  (VCP)  features.