Fertigungszelle für thermoplastbasierte Leichtbaustrukturen.
Fraunhofer PAZ
Forscher setzen bei der Weiterentwicklung faserverstärkter Kunststoffe auf thermoplastische Verfahren, denn die versprechen extrem kurze Produktionszeiten.
Um Auto-Gewicht zu reduzieren, setzen Forscher des Fraunhofer Pilotanlagenzentrum PAZ in Schkopau auf die Weiterentwicklung faserverstärkter Kunststoffe auch für die Strukturelemente eines Fahrzeugs. Ihre Lösung sind besonders leichte und robuste Kunststoffteile: unidirektional verstärkte Tapes (UD-Tapes), also faserverstärkte Hybridstoffe aus zwei oder mehreren Materialien. Dabei kann die Ausrichtung der Verstärkungsfaser direkt an den Lastverlauf angepasst werden.
Für die Entscheidung, ob das Kunststoffmaterial schließlich vom Konstrukteur genommen wird, ist allerdings nicht nur das Verhalten eines Bauteils ausschlaggebend, sondern auch, wie energie- und kostenintensiv der Herstellungsprozess ist. Unter diesem Aspekt haben die Forscher vor allem thermoplastische Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffverbünden ins Auge gefasst: Hierbei werden bereits konsolidierte Faser-Kunststoff-Verbunde (auf Basis von Kohlenstofffasern, Glasfasern oder naturfaserverstärkten Kunststoffen, sogenannten Biopolymeren) erhitzt in ein Werkzeug gegeben und im gleichen Arbeitsgang funktionsgerecht geformt.
Thermoplastische Verfahren versprechen kurze Produktionszeiten
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Im Gegensatz zu duroplastischen Verfahren benötigen thermoplastisch verarbeitete Kunststoffhybride nach PAZ-Angaben eine zehn Mal kürzere Produktionszeit. Auch die Autoren von "Leichtbau in der Fahrzeugtechnik" sagen den thermoplastverstärkten Verbundwerkstoffe (Seite 410) eine große Zukunft voraus: „Kombinationen von automatisierten Placementtechnologien (z. B. Fibre-Forge oder Advanced Fibre Placement – AFPT), die thermoplastische UD-Tapes belastungsgerecht ablegen, vorkonsolidierten Platten (quasi-isotrope oder angepasste Organo-Sheets) und Spritzgusstechnologien in einer Fertigungszelle versprechen sehr kurze Taktzeiten, hohen Integrationsgrad und hohes Leichtbaupotenzial, insbesondere bei schlagbeanspruchten Bauteilen.“