Lösungsansatz

Das Ziel von InProLight ist die Entwicklung einer innovativen Prozesskette zur schnellen, serientauglichen und automatisierten Fertigung von Strukturbauteilen aus langfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffen mit hohem Leichtbaupotenzial. Kernidee des hier verfolgten Ansatzes ist die Herstellung von FVK-Rohbauteilen durch Faserspritzen in eine dreidimensionale Form zur Erzeugung eines leicht handhabbaren Preforms mit einstellbarer Faserorientierung, der anschließend in einem Werkzeug verpresst bzw. konsolidiert und abschließend durch Laserschneid- und Schweißoperationen zu einem Fertigbauteil vollendet wird. Durch die prozesskettenbegleitende Bauteilauslegung kann das sich ergebende Leichtbaupotenzial optimal genutzt werden. Dieser Ansatz begegnet einem Großteil der Hindernisse bei der Herstellung von Serienbauteilen aus FVK. Durch die neue Prozesskette bestehend aus 3D-Faserspritzen, Konsolidieren, Konfektionieren und Fügen entfallen zeit- und energieaufwendige Prozessschritte. Neben- und Produktionszeiten werden minimiert.

Durch eine simultane, endkonturnahe Ablage von Verstärkungs- und Matrixfasern mit lokal einstellbarer Faserorientierung mittels des robotergeführten Faserspritzprozesses werden Prozessschritte (beispielsweise Textilherstellung) und Rohstoffe bei der Preform-Herstellung eingespart und ein ausreichend formstabiler und verschiebefester, leicht handhabbarer Preform erzeugt. Durch die online einstellbare Faserorientierung und Faserlänge von über 50 mm werden dabei in Belastungsrichtung mechanische Kennwerte erreicht, die über denen von quasiisotropen, endlosfaserverstärkten Kunststoffen liegen können. Das Faserspritzen ermöglicht darüber hinaus die automatisierte, werkstoffgerechte Integration von Krafteinleitungselementen. Bei der Konsolidierung mit variothermer Werkzeugtechnik werden kurze Prozesszeiten (< 3 min) erreicht. Der geringe erforderliche Werkzeuginnendruck (< 20 bar) unterstützt die Entwicklung massereduzierter Werkzeuge, die durch eine endkonturnahe Temperierung einen schnellen und energieeffizienten Zyklus (Energieeinsparung > 30 %) ermöglichen. Das Konfektionieren der Bauteile erfolgt durch das flexible und hochproduktive Laserstrahlschneiden. Neue Lasersysteme ermöglichen dabei eine schädigungsarme, verschleißfreie Bearbeitung der faserverstärkten Kunststoffe. Um ansonsten nicht realisierbare Geometrien (Hinterschnitte, Hohlräume) zu ermöglichen und weitere Funktionselemente anzubringen, erfolgt ein nachgeschalteter, berührungsloser Laserschweißprozess. Zur Kontrolle der Bauteilqualität wird eine integrierte Prozessüberwachung mit einer prozesskettenübergreifenden Qualitätssicherung entwickelt.

AP1

Definition der Anforderungen

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Auswahl von Demonstratoren, das Ableiten von Material- , Prozess- und Anlagenanforderungen

AP2

Analyse, Bauteilauslegung und Simulation

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Erstellung eines virtuellen Demonstrators unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften aus den Einzelprozessen

AP3

Faserspritzen

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Umsetzung des Faserspritzprozesses

AP4

Konsolidierung

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Konsolidierung der fasergespritzten dreidimensionalen Preforms zu Bauteilen mit optimalen mechanischen Eigenschaften

AP5

Laserschneiden

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Entwicklung der Anlagentechnik und Ermittlung der Schneidparameter zum Besäumen der Rohbauteile

AP6

Laserdurchstrahlschweißen

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Entwicklung der Anlagentechnik und Ermittlung der Fügeparameter für mechanisch belastbare Fügeverbindungen

AP7

Prozesskettenintegration und Qualitätssicherung

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Zusammenführung der für die Einzelprozesse verwendeten Prozessüberwachungsmodule zur übergreifenden Qualitätssicherung

AP8

Demonstration der Prozesskette

Ziel dieses Arbeitspakets ist der Aufbau der kompletten Prozesskette

AP9

Prozesskettenanalyse

Ziel dieses Arbeitspakets ist die Bewertung der Prozesskette und der Bauteile vor dem Hintergrund der Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit