Faserverbund- und Lasersystemtechnik

Faserverbundkunststoffe (FVK) gewinnen aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften bei geringer Dichte immer stärker an Bedeutung: In vielen Branchen sind sie die erste Wahl, wenn es um Massenreduktion bei gleichzeitig sehr guten mechanischen Eigenschaften geht.

System- und Prozessentwicklung für die Tape-/Prepreg-Verarbeitung

Ein Schwerpunkt unserer Forschungsaktivitäten liegt auf der Entwicklung und Optimierung von Produktionsanlagen zum Tapelegen, Prepreg- und Fiber-Placement und Wickeln.

Mit unserer Expertise im Sondermaschinenbau fertigen wir Anlagen nach Maß und bieten von Entwicklung und Aufbau über Inbetriebnahme bis zur Zertifizierung individuelle, schlüsselfertige Tapelege-, Fiber-Placement- und Wickelanlagen aus einer Hand.

Dabei verfügen wir in der Faserverbundtechnik über eine breite Kenntnis und langjährige Erfahrung mit unterschiedlichen Materialien, Halbzeugen und Verfahren. Wir verarbeiten thermoplastische und duroplastische Halbzeuge sowie bebinderte Dry-Fiber-Rovings und verstärken Strukturen lokal und belastungsoptimiert. Zudem legen wir für Sie Bauteile aus den unterschiedlichen FVK-Materialien aus und fertigen diese protypisch. In Einzelstudien qualifizieren wir Bauteil- und Laminatqualitäten und stellen Ihre Materialien in einem Benchmark anderen Materialien gegenüber.

Greifer- und Handhabungssysteme

Textile und biegeschlaffe Halbzeuge sind schwer handhabbar – eine wesentliche Hürde für die Automatisierung der FVK-Produktion. An dieser Herausforderung setzen wir an und forschen an Technologien zur beschädigungs- und verzugfreien oder konturnahen Aufnahme biegeschlaffer oder flächiger Textilien sowie der Handhabung warmer Organobleche, beispielsweise während des Umformprozesses.

Mit unserem Prozess- und Systemwissen entwickeln wir Greifkinematiken und Greifermechanismen weiter. Beispiele sind die Oktopus-Greiferkinematik und das elektrostatische Greifen. Diese Technologien setzen wir individuell angepasst an Ihre Einsatzgebiete industriell um – inklusive der Auslegung und Validierung der gesamten Prozesskette.

Multifunktionales Thermoformen

Endlosfaserverstärkte thermoplastische Halbzeuge, sogenannte Organobleche, lassen sich unter Wärmezufuhr in umformenden Fertigungsverfahren bearbeiten. Wir optimieren Thermoforming-Verfahren zur Herstellung offener thermoplastischer Strukturbauteile und Freiformflächen. Mit den von uns entwickelten Verfahren ermöglichen wir die zusätzliche Integration von Funktionselementen, das Besäumen während des Umformvorgangs sowie die Umformung lokal verstärkter Strukturen.

Unsere Expertise deckt dabei die gesamte Prozesskette ab: Von der Organoblechherstellung über den Werkzeugbau bis zum fertig umgeformten Bauteil bieten wir Lösungen aus einer Hand – Anlagenentwicklung, Integration in bestehende Presssysteme und Prozessautomatisierung eingeschlossen.

Formwerkzeuge für die Herstellung von Faserverbundbauteilen

Mit unserer langjährigen Forschungstätigkeit im Bereich der FVK-Produktion und im Werkzeugbau verfügen wir über eine besondere Expertise in der Auslegung von Formwerkzeugen. Wir entwickeln und optimieren Werkzeuge für unterschiedlichste FVK-Verfahren und -Materialien. So legen wir unter anderem Werkzeuge aus zur Herstellung duroplastischer FVK-Bauteile im Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) oder für thermoplastische Fertigungsverfahren, wie das multifunktionale Thermoformen.

Eine unserer Kernkompetenzen besteht dabei in der energieeffizienten Werkzeugerwärmung für iso- oder variotherme Prozesse. Neben optimierten konventionellen Temperiermethoden entwickeln wir auch neue Methoden, wie die induktive Werkzeugerwärmung.

Faserverbund-Komponenten für Werkzeugmaschinen

Faserverbund-Komponenten bieten bisher unerreichte Leistungen der Werkzeugmaschinen bezüglich Dynamik, Steifigkeit und Temperaturstabilität. Mit unserer Erfahrung im Bereich Produktionsmaschinen entwickeln wir kundenspezifische Faserverbundbauteile für Hochleistungswerkzeugmaschinen und ermöglichen die Integration einzelner FVK-Komponenten, wie Achsen und Spindeln, in bestehende konventionelle Systeme.

Markt- und Technologiestudien zur Faserverbundtechnik

Gemeinsam mit unseren Kunden erarbeiten wir Antworten auf alle Fragen zur Auswahl, Auslegung und Bewertung von Prozessketten zur Herstellung von FVK-Bauteilen. Neben der individuellen Technologiebewertung und Investitionsberatung sowie der Erstellung von Machbarkeitsstudien geben wir Ihnen in Marktstudien einen Überblick über den Stand der Technik und dadurch eine Basis für fundierte Entscheidungen.

In der Medizintechnik bieten Faserverbundkunststoffe eine wertvolle Alternative zu Metallen: Sie sind dort einsetzbar, wo Metalle aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften ausscheiden und dennoch höchste Ansprüche an mechanische Eigenschaften oder an erhöhte Funktionsintegration gestellt werden.

MR-taugliche Mikroprofile für die minimalinvasive Chirurgie

Mit unserem Mikro-Pultrusions- und Pullwinding-Verfahren lassen sich Faserverbundprofile mit geringen Durchmessern unter 500 µm kontinuierlich produzieren. Dieses Verfahren kann zur Herstellung minimalinvasiver, medizinischer Instrumente, wie Punktionsnadeln oder Führungsdrähte, genutzt werden, die im Unterschied zu metallischen Profilen aufgrund ihrer elektrischen Eigenschaften uneingeschränkt in Magnetresonanztomographen (MR) eingesetzt werden können.

Wir übernehmen für Sie die Anlagen- und Prozessauslegung sowie die Entwicklung und den Aufbau von Sondermaschinen. Darüber hinaus bieten wir Ihnen die Auslegung, Entwicklung und Fertigung minimalinvasiver MR-Instrumente aus Faserverbundkunststoffen.

Der Laser als zusätzliches Werkzeug in konventionellen Werkzeugmaschinen ermöglicht erweiterte Funktionalitäten, höhere Fertigungsflexibilität und -tiefe sowie kürzere Durchlaufzeiten bei der Herstellung komplexer Bauteile.

Laserhärten von Blechwerkstoffen

Durch Laserstrahlhärten im Folgeverbund- oder Transferwerkzeug lassen sich funktionalisierte Bauteile in großen Stückzahlen kosten- und energieeffizient herstellen: Mit einem fokussierten Laserstrahl werden hochbelastete Funktionsflächen im Maschinentakt auf eine definierte Umwandlungstemperatur erwärmt und an den gewünschten Stellen gehärtet. Da mit dem Laser die Wärme gezielt in das umgebende Material eingebracht werden kann, lassen sich zusätzliche Ofenprozesse ersetzen und die Nachbearbeitungskosten reduzieren sich auf diese Weise deutlich.

Fraunhofer IPT verfügt über eine langjährige Expertise bei der Laserintegration in Folgeverbundwerkzeuge. Unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten befassen sich hier sowohl mit der Auslegung der Systeme als auch der Prozesse und gesamten Prozessketten des werkzeugintegrierten Laserstrahlhärten.

Mikroauftragsschweißen

Bauteiloberflächen aus kostengünstigen Materialien werden oft mit Edelmetallen beschichtet, um die Bauteile lokal mit bestimmten Funktionen auszustatten, beispielsweise um elektrische Kontakte herzustellen. Das Fraunhofer IPT entwickelt in Zusammenarbeit mit Projektpartnern ein neues Verfahren, das Blechbauteile erstmals innerhalb einer Stanz-Biege-Prozesskette mit lokalen Beschichtungen versehen kann.

Zur Beschichtung werden Edelmetall-Mikrodrähte mit einem Durchmesser unter 100 µm mittels Laserstrahlung tröpfchenweise abgeschmolzen. Indem das Grundmaterial ebenfalls in den schmelzflüssigen Zustand überführt wird, entsteht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Grundmaterial und Zusatzwerkstoff. Das Mikroauftragsschweißen ersetzt den bisher verwendeten umweltschädlichen und kostenintensiven Galvanikprozess.

Laserunterstützte Zerspanung

Bei der laserunterstützten Zerspanung wird der Werkstoff vor dem Schneideeingriff durch laserinduzierte Erwärmung lokal entfestigt. Dies ermöglicht eine Reduzierung des Werkzeugverschleißes bei der Zerspanung hochfester Werkstoffe. Fraunhofer IPT hat ein System entwickelt, bei dem der Laserstrahl durch die Spindel und durch das Werkzeug direkt vor die Werkzeugschneide geführt wird. In Machbarkeitsstudien prüfen wir das Potenzial des laserunterstützten Fräsens für Ihre Zerspanungsapplikation und entwickeln für Sie Spindel-Werkzeug-Systeme mit integrierter Laserstrahlführung.

Laserunterstützte Blechbearbeitung

Die laserunterstützte Blechbearbeitung hebt die bestehenden Prozessgrenzen der konventionellen Bearbeitung höchstfester Metalllegierungen durch lokale Erwärmung im Bereich der kritischen Scher- und Umformzone auf. Diese Vorteile hinsichtlich Bauteilqualität und Bearbeitbarkeit konnten für alle Verfahren der Blechbearbeitung in der Serie nachgewiesen werden, darunter Scherschneiden, Biegen, Prägen und Tiefziehen. Darüber hinaus ermöglicht die flexible und präzise Wärmeeinbringung durch Laserstrahlung lokale Wärmebehandlungen im Maschinentakt.

Angepasst an Ihre Aufgaben führen wir Machbarkeitsstudien durch und entwickeln nach Ihren Anforderungen individuelle Laserbestrahlungssysteme zur Umsetzung der laserunterstützten Blechbearbeitung.

Laserschruppen von Diamantwerkzeugen

Mit unserem Ansatz zur Laserbearbeitung ersetzen wir den Schruppprozess der herkömmlichen Schleifbearbeitung durch Laserstrahlabtragen und können dadurch die Bearbeitungsdauer sowie den Werkzeugverschleiß bei der Herstellung von Diamantwerkzeugen deutlich reduzieren. Ein Großteil des herstellungsbedingten Aufmaßes wird durch das Laserschruppen in kürzester Zeit entfernt. Die oftmals benötigte hohe Oberflächenqualität der Diamantwerkzeuge wird in der anschließenden Endbearbeitung durch konventionelles Schleifen erreicht. Wir führen für Sie Vorversuche durch und entwickeln auf Ihre Anforderungen angepasste Laserschrupp-Systeme zur Herstellung von Diamantwerkzeugen.