Endlosfaserverstärkte Thermoplast-Bauteile für die Großserie

»Durch die in die Anlage integrierten Lösungen zur Reduktion von Verschnitt und zur endkonturnahen sowie maßgeschneiderten Ablage unidirektionaler Endlosfasern, sogenannte UD-Tapes, hebt sich die neue Anlage von anderen, am Markt verfügbaren Technologien stark ab. Dazu kommt die enorme Ablagegeschwindigkeit im Sekundentakt«, fasst Tobias Joppich, Projektleiter am Fraunhofer ICT, die Prozessverbesserung zusammen. »Produkte lassen sich damit noch präziser auf die jeweilige Anwendung maßschneidern und somit maximale Leistungsfähigkeit bei sparsamem Materialeinsatz und sehr kurzen Zykluszeiten verbinden.«

Bis zu vier verschiedene Tape-Materialien (Matrixwerkstoff, Faserwerkstoff, Dicke, Breite) lassen sich in einem Legezyklus kombinieren. Mithilfe des stufenlosen Winkelschneiders werden endkonturnahe Ablagen begünstigt. Die Entkopplung von Zuschnitt und Bereitstellung arrangiert die sekundenschnelle Ablage, wobei parallelisiert über zwei Legebalken die vier Tapestreifen gleichzeitig gelegt werden können. Die Kombination dieser Features ermöglicht es, Produkte nun noch passgenauer für die jeweilige Anwendung zu entwickeln und damit die maximalen Bauteileigenschaften bei gleichzeitiger Reduzierung der Zykluszeit und Erhöhung der Ressourceneffizienz zu erreichen.

Das Fraunhofer ICT beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit großserientauglichen Verarbeitungsverfahren zur Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplast-Bauteile. Der Forschungsverbund, bestehend aus Fraunhofer ICT und dem Karlsruher Institut für Technologie KIT ermöglicht Partnern die ganzheitliche Betrachtung und Abbildung von Prozessketten bis zum finalen Bauteil. Dies beinhaltet neben der Prozessrealisierung auch die Unterstützung bei der Struktur- und Prozesssimulation. Die Gemeinschaftsentwicklungen zu Prozesstechnologie und Simulationsmethoden decken heute bereits einen Großteil der industriellen Anforderungen ab.

Noch nicht voll ausgeschöpftes Potenzial sieht das Fraunhofer ICT in der Verfahrenskombination von Thermoplast-Tapelegen mit bereits etablierten Großserienprozessen wie dem Fließpressen und Spritzgießen. Diese zeigte eine 2011 und 2013 angefertigte anwendungsnahe Machbarkeitsstudie, die zusammen mit Industriepartnern durchgeführt wurde. Seitdem arbeiten Wissenschaftler intensiv an der Weiterentwicklung entlang der gesamten Prozesskette. Weitere Entwicklungsarbeiten zielen vor allem auf die Verarbeitung alternativer und hybrider Hochleistungs-Materialsysteme ab.