Additive Prozesskette zur Herstellung von thermoplastischen Faserverbund-Hybridbauteile

Aus dem derzeitigen Stand der Erkenntnisse lässt sich ein Bedarf für eine wirtschaftliche und flexible Fertigung von maßgeschneiderten Faserverbundbauteilen auf Basis von unidirektionalen thermoplastischen Halbzeugen ermitteln. Diese Dissertation leistet dazu einen Beitrag, indem eine additive Prozesskette zur Herstellung von thermoplastischen Faserverbund-Hybridbauteilen erforscht wird. Die besondere Herausforderung bei der Fertigung von FVK-Bauteilen besteht darin, dass zwei verschiedene Materialphasen verarbeitet werden müssen und sich die Prozessschritte untereinander stark beeinflussen. Im Sinne des Wertschöpfungsmanagements bieten thermoplastische Tapes eine besondere Chance, die Halbzeugproduktion von der diskreten Bauteilfertigung zu entkoppeln und trotzdem eine ausreichend hohe Flexibilität zu erreichen. Aufbauend auf physikalischen Modellen der einzelnen ProzessschritteImprägnieren, Ablegen und Temperieren wird eine Optimierung der Prozesskette, z. B. hinsichtlich der Tapeabmaße, durchgeführt. Dies beinhaltet ebenso eine Betrachtung der Prozessrobustheit, die anhand eines statistischen Modells der in-situ Konsolidierung bewertet wird, wie auch die Untersuchung verschiedener Möglichkeiten zur Skalierung der Produktivität und deren Auswirkungen auf die Gesamtanlageneffektivität. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Entwicklung einer Anlagentechnik für die Herstellung von belastungs- und verschnittoptimierten Laminaten ein. Das resultierende, hochintegrierte Anlagenkonzept verfügt über ein IR-basiertes Ablegesystem, welches für die Herstellung ebener Laminate durch in-situ Konsolidierung optimiert ist und sich kostengünstig vervielfältigen lässt. Diese proto-typische Anlage wird zur Prozessentwicklung und Laminatfertigung herangezogen. Eine ausführliche Charakterisierung der Laminate zeigt, dass die mechanischen Eigenschaften mit denen aus konventionellen Prozessen vergleichbar sind. Für die Verarbeitung der hergestellten Laminate zu Thermoplast-Hybridbauteilen wird eine neuartige Verfahrenskombination untersucht. Diese besteht aus einem Thermoformprozess, bei dem das Laminat hauptzeitparallel mit einer Thermoplast-Funktionsstruktur gefügt wird. Eine abschließende Bewertung beantwortet die Forschungsfrage, inwiefern eine wirtschaftliche Herstellung von belastungs- und verschnittoptimierten Laminaten aus uni­direktionalen Tapes mittels in-situ Konsolidierung und deren Verarbeitung zu Hybridbauteilen möglich ist.