Zur Herstellung von Composites existieren verschiedene Fertigungstechnologien
Von traditionellen Laminierverfahren über klassische Injektions- oder Pultrusionsverfahren bis zu automatisierten Tape-Legeverfahren Automated Fiber Placement (AFP), Automated Tape Laying (ATL) und Fiber Patch Placement (FPP), gibt es zahlreiche Optionen, um den Anforderungen verschiedener Branchen gerecht zu werden. Die Auswahl der geeigneten Fertigungstechnologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Realisierung von Composite-Materialien mit den gewünschten Eigenschaften und der Erfüllung spezifischer Anwendungsanforderungen.
Beim Handlaminieren werden mehrere Lagen von Faserverstärkungen mit Harz getränkt und übereinander drapiert. Anschließend erfolgt ein Vakuumaufbau, durch den überschüssiges Harz ausgetragen wird und der die Formstabilität während des Aushärtens garantiert. Danach erfolgt die Aushärtung unter Unterdruck und Hitze in einem Ofen. Alternativ kann auch Prepreg verwendet werden. Hierbei handelt es sich um ein vorimprägniertes Faserhalbzeug, das ein manuelles Einstreichen mit dem Matrixmaterial überflüssig macht. Aber auch in diesem Fall ist ein Vakuumaufbau für das Aushärten in einem Autoklaven oder Ofen (bei Out-of-Autoclave Prepreg) notwendig.
Injektions- oder auch Infiltrationsverfahren setzen auf die Verwendung trockener Halbzeuge aus denen komplexe Preforms gefertigt werden. Die Preforms werden anschließend in geschlossene Werkzeuge eingelegt und mit Harz injiziert (z. B. Resin Transfer Moulding). Alternativ werden die Preforms in einen Vakuumsack eingepackt und mit einem Infiltrationsaufbau verbunden. Dabei wird über Schläuche, die mit einer Vakuumpumpe verbunden sind, ein Unterdurck aufgebaut, über den das flüssige Harz über eine Zuleitung in die Preform gesaugt wird, bis diese gefüllt ist. Typische Vertreter sind das Vacuum Assisted Resin Infusion Verfahren (VARI) oder der membranunterstützte Vacuum Assisted Process (VAP®).
Neben diesen Verfahren liegen die Schwerpunkte des Fraunhofer IGCV vor allem in der Pultrusion, dem Automated Fiber Placement, dem Automated Tape Laying und dem Fiber Patch Placement.
Die Fertigungstechnologie der Pultrusion ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffprofilen. Dabei werden Fasern durch ein Harzbad und anschließend durch ein beheiztes Formwerkzeug gezogen und zu Profilen in einem kontinuierlichen Prozess ausgehärtet.
Das Automated Fiber Placement (AFP) ist ein robotergestütztes Verfahren, bei dem Tows (schmale definiert zugeschnittene Faserhalbzeuge) in unterschiedlicher Ausprägung (Towpreg, Prepreg, trockene oder Tows mit thermoplastischer Matrix) verwendet werden. Der Roboter legt die Tows gezielt auf einem Legewerkzeug ab, wobei die Tows über eine Rolle, welche am Roboterkopf befestigt ist, auf das Ablegewerkzeug angedrückt werden. Dies ermöglicht die Fertigung von komplexen und endkontournahmen Preforms, die anschließend je nach Material noch im Autoklaven ausgehärtet, in der Presse konsolidiert oder mit Harz injiziiert und ausgehärtet werden müssen.
Ähnlich zu diesem Verfahren ist das Automated Tape Laying (ATL), das breitere Tapes anstatt Tows verwendet. Hiermit lassen sich auf Kosten geringerer Komplexität höhere Legeraten realisieren. Beim Fiber Patch Placement (FPP) werden statt Rollenmaterial nur sogenannte Patches verwendet. Diese sind in ihrer Länge auf den Greifer am Legekopf der Fiber Patch Placement Anlage beschränkt, ermöglichen aber die Fertigung sehr komplexer Preforms, die mit den vorherigen Anlagen nicht realisiert werden können.
Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV
