Thermoplastische Faserkunststoffverbunde bieten aufgrund ihres Eigenschaftsprofils ein hohes Potenzial zur Reduzierung des Gewichts von Elektrofahrzeugen, sind sich die 3DProCar-Forschungspartner sicher.
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Unter dem Dach des Forschungs- und Entwicklungszentrums Forel ist das Projekt 3DProCar gestartet. Ziel dieses Vorhabens ist die simulationsgestützte Entwicklung einer flexiblen und automatisierten Prozesskette für integral gefertigte Bauteile aus thermoplastischen Faserkunststoffverbunden (FKV) mit komplexer Geometrie.
Im Projekt wird dabei die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet – von der Herstellung neuartiger Hybridgarne aus recycelten Kohlenstofffasern über neuartige 3-D-Textilien und effiziente, automatisierte Verarbeitungsprozesse bis hin zu Strukturbauteilen für die Automobilindustrie. Möglich macht dies die branchenübergreifende Projektbeteiligung von zehn Partnern aus der Industrie und zwei Forschungseinrichtungen der Technischen Universität Dresden.
Die herkömmliche Fertigung von komplexen FKV-Bauteilen ist oft zeit- und kostenaufwendig. Ziel des Forschungsvorhabens 3DProCar ist es deshalb, eine Prozesskette für thermoplastische FKV-Bauteile zu entwickeln, die Materialkosten und Fertigungszeiten reduziert und außerdem flexibel auf unterschiedliche Bauteilgeometrien angepasst werden kann. Die Umsetzung der entwickelten Prozesskette präsentieren die Projektpartner am Beispiel einer Fahrzeugseitentür.
Integrale Verstärkungsstrukturen und automatisierte Weiterverarbeitung
Die geplante Prozesskette beginnt am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden mit der Herstellung neuartiger thermoplastischer Hybridgarne sowohl auf Basis von primären Endlosfilamenten als auch recycelten Kohlenstoff-Stapelfasergarnen. In der nächsten Prozessstufe werden diese Hybridgarne zu textilen Verstärkungsstrukturen verarbeitet. Mit den dafür zu entwickelnden Webtechnologien können einerseits endkonturnahe und verschnittarme 2-D-Halbzeuge als auch integrale, dreidimensionale Schale-Rippen-Halbzeuge gefertigt werden. Insbesondere die Wiederverwendung von Kohlenstofffasern und die Minimierung des Materialverschnitts ermöglichen in produktiven Webverfahren eine ressourcenschonende und kostenreduzierte Halbzeugfertigung.
Am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) erfolgt die Weiterverarbeitung der komplexen Textilhalbzeuge unter Verwendung einer automatisierten Preform-Anlage. Die Bewegungsabläufe der miteinander kooperierenden Roboter werden aus einer Umform-Simulation abgeleitet, wodurch der Zeitaufwand für die Roboter-Programmierung minimiert werden kann. Die in Großserien erforderlichen kurzen Taktzeiten sollen mit einem neuartigen Werkzeugsystem unter Nutzung induktiver Temperierung erreicht werden.
FVK für Elektrofahrzeuge großserientauglich machen
Die Projektpartner wollen mit diesem Vorhaben den industriellen Durchbruch von Faserkunststoffverbunden in Großserienanwendungen für den Fahrzeugbau - insbesondere im Bereich von Elektrofahrzeugen – voranbringen. Die Forschungsergebnisse sollen zur Schließung derzeit bestehender Lücken in den Prozessketten zur Entwicklung von Hightech-Leichtbausystemlösungen in Multi-Material-Design für Elektrofahrzeuge der Zukunft beitragen. Die Projektergebnisse fließen in das Forel-Technologiezentrum ein, sodass die Netzwerkpartner das erarbeitete Know-how verwerten können wird.
Das Projekt 3DProCar wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmenkonzept "Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen" (Förderkennzeichen 02P14Z040 – 02P14Z049) und mit Mitteln aus dem Energie- und Klimafonds gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.
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Das Projekt 3DProCar wird seit Juli 2015 mit einem Finanzvolumen von 6,35 Millionen Euro von folgenden Projektpartnern durchgeführt: Daimler, DYNAmore, F.A. Kümpers, IBG Technology, IDEA, Lindauer DORNIER, MAGEBA Textilmaschinen, Oskar Dilo Maschinenfabrik, PHP Fibers, Wagenfelder Spinnereien, Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden und Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK)der TU Dresden.