Faserverstärkte Kunststoffe

Die Herstellung endlosfaserverstärkter Kunststoffe mit thermoplastischer Matrix (TP-FVK) erfolgt in der Regel durch das Umformen vorimprägnierter ebener Halbzeuge. Mit diesem Verfahren lassen sich automatisiert und wirtschaftlich TP-FVK Bauteile herstellen. Nachteilig ist jedoch, dass der Umformgrad der Halbzeuge begrenzt und die Faserorientierung nicht einstellbar ist. Um dieses Problem zu lösen, wurde am IKV das 3D-Faserspritzen entwickelt. Mit diesem Verfahren können dreidimensionale, endkonturnahe Preforms mit lokal einstellbaren Eigenschaftsprofilen wie Faserorientierung oder Dicke automatisiert hergestellt werden.
Als Ausgangsmaterial wird ein Hybridgarn, bestehend aus Verstärkungsfasern und Matrixfasern, verwendet. Im Prozess wird das Hybridgarn in ein Schneidwerk eingezogen und auf definierte Faserlängen geschnitten. In einer nachfolgenden Faserleiteinheit können die Fasern in einem Luftstrom ausgerichtet und auf eine luftdurchlässige endkonturnahe Form aufgespritzt werden. Das Verbinden der Fasern zu einem handhabbaren Preform erfolgt durch ein Heißluftgebläse. Durch die Ausrichtung der Fasern im Luftstrom können die Faserorientierungen im Preform und somit die mechanischen Eigenschaften des fertigen Bauteils eingestellt werden. Die Konsolidierung der Preforms zu einem Bauteil erfolgt in einem Pressprozess. Im Gegensatz zu den klassischen Verfahrensvarianten zur Herstellung hochbelasteter Bauteile mit gerichteten Fasern wird beim 3D-Faserspritzen der teure Textilherstellungsschritt eingespart, und das aufwändige manuelle Drapieren entfällt. Des weiteren entfällt durch die endkonturnahe Fertigung der Preforms der übliche Verschnitt:, Diese Aspekte zeigen, dass die Preforms mit dem automatisierten Verfahren wirtschaftlich hergestellt werden können.