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Faserverbundbauteile

Selbstregulierende Fertigung von FVK-Bauteilen

| Redakteur: Dorothee Quitter

Im Forschungsprojekt iComposite 4.0 beschäftigen sich das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen und das Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL) gemeinsam mit der wirtschaftlichen Großserienfertigung von FVK-Bauteilen. Neben der Produktivitätssteigerung soll auch eine Kosteneinsparung von bis zu 50 % erreichen werden.

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Intelligentes und selbstregulierendes Produktionssystem
Intelligentes und selbstregulierendes Produktionssystem
(Bild: IKV, AZL, Apodius, Schuler)

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind aufgrund ihrer sehr guten gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften von hohem Interesse für den Einsatz in Leichtbauanwendungen der Automobilindustrie sowie der Luftfahrt. Jedoch dominieren bisher komplexe und kostenintensive Fertigungsverfahren die Bauteilherstellung, welche von einem geringen Automatisierungsgrad, ineffizientem Materialeinsatz durch Verschnitt und hohen Ausschussraten und somit hohen Bauteilkosten geprägt ist. Dies wiederum bedeutet ein hohes Potenzial für Produktivitätssteigerungen, die im Sinne von Industrie 4.0 mit der Digitalisierung der Produktion und der Vernetzung von Produktionsmaschinen zu erreichen sind. Und genau das ist das Ziel von iComposite 4.0. Das Projekt verfolgt den Ansatz, ein intelligentes und selbstregulierendes Produktionssystem für die wirtschaftliche Großserienfertigung von FVK-Bauteilen aufzubauen.

Die Basis für dieses ressourceneffiziente Produktionssystem bildet der am IKV entwickelte 3D-Faserspritzprozess. Hierbei werden Faserrovings automatisch und mit hohem Massedurchsatz auf eine gewünschte Faserlänge geschnitten und orientiert auf ein komplexes Ablagewerkzeug appliziert. Damit bietet das Verfahren die Möglichkeit hochproduktiv einen Preform ohne Verschnitt teurer Faserhalbzeuge und aufwändiger Drapiervorgänge endkonturnah und unter Einbeziehung der Lastpfade des Bauteils herzustellen. Jedoch können während des Preformingprozesses verfahrensbedingte Schwankungen in der Faserorientierung sowie dem Faserflächengewicht auftreten, die Schwankungen in den mechanischen Bauteileigenschaften verursachen. Damit das 3D-Faserspritzverfahren trotz dieser Schwankungen effektiv für die Serienproduktion eingesetzt werden kann, wird es im Rahmen von iComposite 4.0 in ein selbstreguliertes Produktionssystem integriert. Durch Inline-Überwachung der Schwankungen in Bezug auf Faserorientierung und Faserverteilung in jedem Preform erfolgt ein gezielter Ausgleich dieser mit Endlosfasereinlegern, sodass trotz individueller Halbzeugeigenschaften nach der auf den jeweiligen Preform maßgeschneiderten Imprägnierung im Resin-Transfer-Moulding-Verfahren ein qualitätsgesichertes Bauteil mit konstanten mechanischen Eigenschaften entsteht. (qui)

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