Wissenschaftler der TU Dresden entwickeln neuartigen Prozess zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Ein- und Mehrkammerhohlprofilen mit Tape-Halbzeugen.

Wissenschaftler des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden entwickelten einen hocheffizienten, automatisierbaren Preform-Prozess für hochbelastbare Hohlstrukturen. Bei diesem innovativen Prozess werden vorkonsolidierte, faserverstärkte UD-Thermoplast-Tape-Halbzeuge in einem 3D-Flechtprozess verarbeitet.

Durch die Verwendung vorkonsolidierter Tape-Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix entfällt der aufwendige Prozessschritt der Imprägnierung, wodurch die Prozesszeiten der Folgeprozesse signifikant reduziert werden können. Neben den erreichbaren Taktzeiten sind thermoplastische Matrizes hinsichtlich der Schadenstoleranz, der Schlagzähigkeit sowie der Lager- und Recyclingfähigkeit den Faserverbunden mit duroplastischen Matrixsystemen überlegen.

Zudem werden bei der Verwendung von Tape-Halbzeugen die empfindlichen Verstärkungsfasern während des textiltechnischen Fertigungsprozesses vor Schädigung optimal geschützt, sodass ein schädigungsarmes Preforming garantiert werden kann. Die hohe Imprägnierungsqualität verfügbarer Tape-Halbzeuge, die gestreckte Ausrichtung der Fasern innerhalb der Tapes sowie die hohen Faservolumenanteile wirken sich positiv auf die erreichbare Verbundqualität und die mechanischen Eigenschaften der Faser-Thermoplast-Verbund-(FTV-)Strukturen aus. Nach der Konsolidierung der in Krümmung und Querschnitt weitgehend frei gestaltbaren Preforms stehen hochbelastbare Leichtbaustrukturen mit einem hohen Einsatzpotential insbesondere für Großserienanwendungen zur Verfügung. Konsolidierte Tape-Geflecht-Strukturen eignen sich vor allem für lasttragende und crashbeanspruchte Strukturen im Fahrzeug- und Flugzeugbau und bieten als Ein- und Mehrkammerhohlprofile vielfältige Einsatzmöglichkeiten.

Am ILK in Dresden steht für die flechttechnische Verarbeitung von Tape-Halbzeugen eine eigens entwickelte Anlagentechnik zur Verfügung, die die gleichzeitige und automatisierte Ablage von bis zu 576 Einzeltapes in einem Flechtvorgang erlaubt.

Damit können endkonturnahe Preforms von bis zu drei Metern Durchmesser hergestellt werden. Die dabei erreichbaren hohen Ablageraten machen das Thermoplast-Tape-Flechten zu einem prädestinierten Verfahren für industrielle Serienanwendungen.

Die Architekturen flechttechnisch hergestellter Preforms sowie die Kombination aus Verstärkungsfaser und Matrixmaterial werden am ILK an die jeweiligen anwendungsspezifischen Anforderungen in einem kombinierten Simulationsprozess aus Prozess- und Strukturanalyse angepasst. Je nach Anforderung können unidirektionale, bi- oder triaxiale Flechtlagen frei kombiniert und auf die jeweiligen technischen Anforderungen abgestimmt werden.

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