Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »Tempered«
Thermoplastisches Material ist recycelbar, aber schwierig zu verarbeiten
Thermoplastische Faserverbundbauteile besitzen großes Potenzial für nachhaltige Leichtbauanwendungen: Im Gegensatz zu duroplastischen Materialien lassen sie sich mehrfach aufschmelzen, umformen und hochwertig recyceln, ohne ihre mechanischen Eigenschaften einzubüßen. Dennoch setzen Industrieunternehmen thermoplastische Kunststoffe bisher nur begrenzt ein. Unkontrollierte Temperaturverläufe, inhomogene Eigenspannungen und niedrige Prozessgeschwindigkeiten beeinträchtigen die Bauteilqualität und erschweren eine wirtschaftliche Fertigung großer Strukturen.
Genau hier setzt das Projekt »Tempered« an: Forschende des Fraunhofer IPT entwickeln und validieren eine neue, Technologie zur positionsabhängigen Temperierung, die thermoplastische Faserverbundbauteile während der Herstellung gezielt erwärmt und damit Qualität, Prozessgeschwindigkeit und Nachhaltigkeit deutlich verbessert.
Gezielte Erwärmung für bessere Verarbeitbarkeit
Die neue Technologie kombiniert eine Erwärmung durch einen Laser oder einen Infrarotstrahler mit einem flächigen Temperaturmesssystem und kann in bestehende Produktionsanlagen integriert werden. Mit diesem System steuern die Forschenden die Temperatur der Laminatoberfläche präzise und passen sie während des Prozesses kontinuierlich an.
Die gezielte Erwärmung verbessert das Aufschmelzen von Tape und Substrat, bewirkt eine kontrollierte Kristallisation und reduziert Eigenspannungen im Bauteil. Dadurch kann sowohl die Prozessgeschwindigkeit erhöht als auch der Energieverbrauch gesenkt werden.
Im Gegensatz zu konventionellen Autoklavprozessen, die das gesamte Bauteil unter hohem Druck und hoher Temperatur aushärten, erwärmt das neue Verfahren nur die relevanten Bereiche während des Wickel- oder AFP-Prozesses. Da der Bauteilraum nicht vollständig aufgeheizt werden muss, entsteht ein deutlich energieeffizienterer Herstellungsprozess.
Patentvalidierung für das neue Produktionsverfahren
Das Verfahren ist bereits zum Patent angemeldet und erweitert bestehende Tapelege- und Wickeltechnologien um einen bislang fehlenden, zentralen Prozessschritt. Im Projekt definieren die Forschenden die technischen Anforderungen, wählen geeignete Systeme aus, integrieren sie mechanisch und steuerungstechnisch und validieren die Technologie anschließend anhand von Demonstratorbauteilen. Mit dieser Entwicklung erschließt das Fraunhofer IPT ein erhebliches wirtschaftliches Potenzial, da die neue Temperiertechnologie die Verarbeitung faserverstärkter Hochleistungswerkstoffe nachhaltiger, energieeffizienter und industriell attraktiver macht.
Förderhinweis
Das Projekt »Tempered« wird durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen im Rahmen der EFRE/JTF-Fördermaßnahme »NRW-Patent-Validierung« gefördert.
Projektträger: Projektträger: PTJ Projektträger Jülich