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Im Forschungsbereich „Composite Production“ beschäftigen wir uns mit der Herstellung endlosfaserverstärkter thermoplastischer Verbundbauteil. Als Basis für diese Bauteile dienen uns sogenannte unidirektional (UD) faserverstärkte Tapes (Foschungsbereich Tape – Link!). Mit diesen Tapes werden die Bauteile maßgeschneidert verstärkt, um durch einen minimalen Einsatz von Fasern die geforderten mechanischen Eigenschaften für das Bauteil zu erzielen
Warum machen wir das / wo liegen die Vorteile
Im Gegensatz zu duroplastischen Bauteilen bietet die Verwendung thermoplastischer Kunststoff den Vorteil der Rezyklierbarkeit. Das bedeutet, dass der in den Komponenten enthaltene Kunststoff am Ende des Produktlebenszyklus wiederverwertet werden kann und nicht Deponien oder der thermischen Verwertung zugeführt werden muss. Ein weiterer Vorteil liegt in der hohen Automatisierbarkeit der Fertigung und den vergleichsweise kurzen Zykluszeiten der Fertigung.
Der Prozess
Die Fertigungszelle besteht aus fünf Teilbereichen
- Tapelegen: In der Tapelegezelle werden die vorkonfektionierten UD-Tapes nach einem zuvor berechneten Bauplan aufeinandergestapelt und punktweise miteinander verschweißt. Dabei entsteht ein sogenannter Tape Stack, welche genügend Stabilität aufweist, um mit Hilfe eines 6-Achs Roboters manipuliert werden zu können.
- Konsolidieren: Der Tape Stack wird hier zunächst aufgeheizt, unter geringem Druck miteinander verpresst und bis unter die Schmelzetemperatur der Polymermatrix abgekühlt. Es entsteht ein ebenes Halbzeug in dem die einzelnen Tapeschichten homogen miteinander verbunden sind. (Bild: FILL.jpg, Credit: JKU)
- Aufheizen: In einem Infra-rot (IR) Ofen wird das Halbzeug soweit erhitzt, dass die Polymermatrix zwischen den Fasern vollständig geschmolzen ist. Die Stabilität für den nun folgenden Transport des Halbzeugs in die Spritzgießmaschine ergibt sich nur durch den Faseranteil. (Bild: Organomelt.jpg, Credit: JKU)
- Umformen und Funktionalisieren: In der Spritzgießmaschine wird beim Schließen des Werkzeugs die quasi zwei-dimensionale Struktur des Halbzeugs in eine drei-dimensionale Form übergeführt. Anschließend wird die Composite Struktur durch Hinterspritzen funktionalisiert. (Bild: DemoTool.jpg, Credit: JKU)
- Automatisierung: Der Bauteiltransport zwischen den einzelnen Teilbereichen bzw. zum Ablageförderband erfolgt mit Hilfe eines 6-Achs Roboters (Bild: LordVader.jpg, Credit: JKU)
DI Dr. Klaus Straka, öffnet in einem neuen Fenster weiß mehr über Component Production
Fill - consolidation
Organomelt - heating
Demo tool - forming
