Inlinetauglichkeit von zerstörungsfreien Prüfmethoden für den digitalen Zwilling von thermoplastischen Carbonfaser-Tapes

Die Verwendung von endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen ermöglicht die effiziente Herstellung von Leichtbaustrukturen in großserientauglichen Fertigungsverfahren, wie der Hybrid-Spritzguss-Technologie. Für viele Branchen stellen unidirektionale (UD) Tape Halbzeuge mit Kohlenstoff- oder Glasfaser einen guten Kompromiss bezüglich mechanischer Eigenschaften und einer wirtschaftlichen Fertigung dar. Die in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellten Tapes werden in weiteren Prozessschritten zu Laminaten gestapelt und konsolidiert. Die konsolidierten zweidimensionalen Halbzeuge werden anschließend in geschlossenen Werkzeugen zu 3D Bauteilen umgeformt und per Spritzguss funktionalisiert. Damit der Einsatz in sicherheitsrelevanten Bauteilen ermöglicht werden kann, müssen jedoch Schwankungen der Materialeigenschaften in Breiten- und Längenrichtung detektiert und lückenlos dokumentiert werden. Hierbei spielen Merkmale wie z. B. Tapedicke, Homogenität, Imprägnierung sowie das Faservolumen eine entscheidende Rolle. Der wirtschaftliche Einsatz von UD-Tapes wird dann ermöglicht, wenn die Qualität früh in der Wertschöpfungskette erfasst und somit der Ausschuss minimiert werden kann. Hierbei ist eine Inlineprüfung und Dokumentation während der Tapeherstellung besonders interessant. Im Kontext der gesamten Bauteilherstellung kann eine weitere Verminderung von Ausschuss erzielt werden, wenn von klassischen Fehlerschwellen Abstand genommen wird. Indem die hochaufgelösten, ortsgenauen Materialcharakteristika in einen digitalen Zwilling eingespeist werden, können die Tapes, angepasst an die Qualitätsklasse, an entsprechende Positionen im Bauteil platziert werden. Der Beitrag vergleicht experimentelle Ergebnisse verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren zur Charakterisierung von Tapes. Da kein Verfahren alle relevanten Informationen liefern kann und eine Integration während der Produktion gewissen Randbedingungen unterliegt, muss eine Bewertung zur Nutzung sich ergänzender inline-fähiger Modalitäten zur Maximierung der Erkennung von qualitätskritischen Merkmalen vorgenommen werden. Ein Konzept zur Datenübermittlung in den digitalen Zwilling sowie für ein Inline-Prüfsystem wird ebenfalls vorgestellt.