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Thermoplastverarbeitung

Mannlochdeckel als Thermoplastbauteil gefertigt mit Vakuumkonsolidierungsverfahren

Faserverstärkte Thermoplaste gewinnen bei der Herstellung von strukturellen Leichtbauteilen zunehmend an Bedeutung. Sie besitzen gegenüber duromeren Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) Vorteile, die sie für bestimmte Anwendungsfelder prädestinieren.

Thermoplaste können beispielsweise unter thermischer Behandlung ähnlich einem Blech umgeformt und geschweißt werden. Aufgrund dieser Eigenschaft werden sie oft auch als Organobleche bezeichnet. Die Grundbestandteile des Werkstoffs sind Fasern und thermoplastischer Kunststoff. Diese benötigen keine Kühlkette, sind praktisch unbegrenzt lagerfähig und weisen ein besseres Crashverhalten als duromere Faserverbundwerkstoffe auf.

Ziel des Zentrums für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) am Standort Augsburg ist es, die technische Machbarkeit von automatisierten Produktionsprozessen zu prüfen und dabei ein niedriges Kostenniveau bei gleichzeitig sehr hoher Bauteilqualität zu erreichen.

Automatisierte Produktionsprozesskette
Hohe Materialpreise und eine schwierige Umsetzung in wirtschaftliche Produktionsprozesse sind bisher oft Hürden für industrielle Anwendungen. Eine intelligente Automatisierung des Herstellungsprozesses könnte diese Schwierigkeiten ausgleichen und Thermoplaste noch interessanter für die Industrie machen. Ein wichtiger Schritt dahin ist die Demonstration einer durchgehend automatisierten Prozesskette der Thermoplastverarbeitung – vom textilen Halbzeug zum fertigen Bauteil. Daran arbeitet das ZLP Augsburg.

Herstellung vorkonfektionierter Organobleche
Für eine automatisierte Herstellung vorkonfektionierter Organobleche sind zahlreiche Prozessschritte darzustellen: von der Erstellung unterschiedlichster Zuschnitte, über deren Handhabung, Ablage und Fixierung bis hin zu einem vorkonfektionierten Lagenpaket. Dieses muss anschließend mittels Presstechnik oder Vakuum zu einem Organoblech kompaktiert werden.

Das DLR-ZLP entwickelt diese einzelnen Prozessschritte weiter und kombiniert sie in einer integrierten Prozesskette. Das umfasst die unterschiedlichsten Herausforderungen aus Prozesstechnik, Robotik und Qualitätssicherung. Die Entwicklungen sollen künftig die Prozesszeiten und -kosten senken und die Robustheit sowie Reproduzierbarkeit des Prozesses gewährleisten.

Mit Presstechnik zur Serienproduktion
Mit Hilfe der Presstechnik kann ein weiterer Baustein für eine automatisierte Serienfertigung thermoplastischer FKV-Bauteile realisiert werden. In diesem Forschungsbereich soll gezeigt werden, dass endkonturnahe Bauteile mit reproduzierbarem Ergebnis und kurzer Taktzeit hergestellt werden können. Durch die damit verbundene Kostenreduktion sollen thermoplastische FKV-Bauteile auch preislich konkurrenzfähig werden. Eine besondere Herausforderung stellen Verarbeitungstemperaturen von bis zu über 400 Grad Celsius bei thermoplastischen FKV im Luftfahrtbereich dar.

Vakuumkonsolidierung mit Heiztisch oder Ofen
Für die Herstellung großer oder komplexer Bauteile stehen ein am DLR entwickelter Vakuum-Heiztisch sowie ein Ofen zur Verfügung, welche Prozesstemperaturen von über 400 Grad Celsius erzielen können. Über zusätzliche, beheizbare Werkzeugformen, die an die Heiztischregelung angeschlossen werden können, soll eine gleichmäßige Temperaturverteilung im ge-samten Bauteil sichergestellt werden. Über integrierte Vakuumkanäle in der Ofen- beziehungsweise Heiztischplatte kann ein Vakuum angelegt werden, sodass das DLR porenfreie, durchkonsolidierte Leichtbauteile höchster Güte herstellen kann.