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Tailored fiber placement for thermoplastic composites using a cost-effective process route

Tailored Fiber Placement zur kosteneffizienten Herstellung von faserverstärkten 3D-Thermoplastverbundbauteilen
 
: Scheffler, Christina; Spickenhauer, Axel; Haase, Rico; Garray, Didier

:
Fulltext (PDF; )

AVK Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe, Frankfurt:
AVK-Innovationspreis 2019 : AVK-Innovation Award 2019; 10. September 2019, Stuttgart
Frankfurt/Main: AVK, 2019
pp.51
Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe (AVK-Innovationspreis) <2019, Stuttgart>
English
Abstract, Electronic Publication
Fraunhofer IWU ()
Tailored Fiber Placement; Hybridgarn; inkrementelle Blechumformung; IBU

Abstract
The technology development for the production of variable-axial 3D fiber composite components is based on the use of Tailored Fiber Placement (TFP) technology and Incremental Sheet metal Forming (ISF). The complete process chain of composite production, starting from material development, was considered. For the first time, glass fibers were spun at IPF simultaneously with the high-performance thermoplastics PBT and PPS to form hybrid yarns with adapted sizings. In order to be able to predict the mechanical properties of fibre-reinforced composite components with complex, spatially curved geometry, an existing method for creating highly anisotropic numerical simulation models was further developed. Starting from a flat TFP deposit pattern, spatially curved FE simulation models with locally adapted thickness distribution and fiber orientation can now be created automatically for the first time. Thanks to the incremental sheet metal forming at IWU, light metallic forming shells were created with a minimum of material and energy, which subsequently were used for component consolidation. The consolidation process was developed by SIRRIS. The complex component geometries were consolidated partly under pressure, vacuum and temperature in an autoclave, partly only utilizing vacuum and temperature in an oven. In addition to the saddle geometry, the lightweight stool L1 and a foot prosthesis socket were produced as demonstrator components.

 

Die Technologieentwicklung zur Herstellung variabel axialer 3D-Faserkunststoffverbund (FKV)-Bauteileberuht auf der Nutzung der Tailored Fiber Placement (TFP)-Technologie und der inkrementellen Blechumformung (IBU). Abgebildet wurde die vollständige Prozesskette der Verbundherstellung, angefangen bei der Materialentwicklung. Erstmalig wurden hierzu am IPF Glasfasern simultan mit den Hochleistungskunststoffen PBT bzw. PPS zu Hybridgarnen mit angepasster Schlichte gesponnen. Um die mechanischen Eigenschaften der FKV-Bauteile mit komplexer, räumlich gekrümmter Geometrievoraussagen zu können, wurde eine bestehende Methode zur Erstellung hochgradig anisotroper, numerischer Simulationsmodelle weiterentwickelt. Ausgehend von einem ebenen TFP-Ablagemusterkönnen nun erstmalig automatisiert räumlich gekrümmte FE-Simulationsmodelle mit lokal angepasster Dickenverteilung und Faserorientierung erstellt werden. Dank der inkrementellen Blechumformung am IWU entstanden unter minimalem Material- und Energieeinsatz leichte metallische Formschalen, die zur Konsolidierung genutzt wurden. Die Entwicklung zur Konsolidierung der komplexen Bauteilgeometrien erfolgte bei SIRRIS, wobei teilweise unter Druck, Vakuum und Temperatur in einem Autoklaven, teilweise nur unter Nutzung von Vakuum und Temperatur in einem Ofen gearbeitet wurde. Als Bauteildemonstratoren wurden neben einer Sattelgeometrie der Leichtbauhocker L1 sowie ein Fußprothesenschaft hergestellt.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-559194.html