Faserverbundwerkstoffe vollautomatisch herstellen

Leicht, stabil und korrosionsbeständig – faserverstärkte Kunststoffe sind ein idealer Werkstoff für den Boots- und Automobilbau, für die Luft- und Raumfahrt. Die Verarbeitung der Ausgangsmaterialien galt bisher jedoch als aufwändig und teuer. Fraunhofer-Forscher zeigen auf der JEC Composites Show 2010 vom 13.-15. April in Paris wie sich mit Laserlicht faserverstärkte Kunststoffe schnell, sauber, zuverlässig und automatisiert herstellen lassen.

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Je leichter desto besser. Faserverstärkte Kunststoffe sind ideal für den Einsatz in der Sportgeräte- und Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt: Sie sind fünfzig bis siebzig Prozent leichter als Stahl, fünfzehn bis zwanzig Prozent leichter als Aluminium, ihre Stabilität und Bruchfestigkeit sind hoch. Ihre Verarbeitung gilt bisher jedoch als kompliziert und aufwändig: Die Hersteller von Bootsrümpfen, Flugzeugteilen oder Rotorblättern müssen mit aufwändigen Formwerkzeugen arbeiten, die mit Glas- oder Kohlefasermatten ausgelegt werden. Im zweiten Prozessschritt saugt eine Pumpe die Luft ab, bevor flüssiges Harz die Matten tränkt – das Vakuum verhindert, dass sich an den Fasern Luftbläschen sammeln, die später die Stabilität beeinträchtigen. Zum Aushärten benötigt man riesige Öfen. Am Ende müssen die Bauteile auch noch verklebt werden. Doch künftig wird dies einfacher: Auf der JEC Composites Show 2010 in Paris zeigen Fraunhofer-Forscher, wie sich Faserverbundwerkstoffe mit Laserlicht herstellen und verbinden lassen – ohne dass mit Matten und Harz hantiert werden muss.Bauteile aus faserverstärkten BändernUm faserverstärkte Kunststoffe vollautomatisch herstellen zu können, haben Ingenieure und Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ein neues Verfahren entwickelt. Die Zutaten für das »Tape-Legen« kommen von der Rolle: Die Kohlefasern sind in kilometerlange Kunststoffbänder aus aufschmelzbarem Thermoplast integriert. Diese Bänder sind trotz ihres geringen Gewichts überdurchschnittlich belastbar – die Ingenieure messen und bewerten hier die Schlag-, Zug- und Rissfestigkeiten. Um aus den Tapes stabile Bauteile zu fertigen, werden mehrere Bandlagen aufeinander gestapelt, kurz vor dem Ablegen mit dem Laser angeschmolzen und dann zu einer kompakten Struktur zusammengepresst. Auf diese Weise verschmelzen die Bänder miteinander und kühlen, weil der Laser die Energie zielgerichtet und wohldosiert an das Material abgibt, auch schnell wieder aus. Energie- und Zeitaufwand wird so minimiert. Verglichen mit bisherigen Fertigungsverfahren – beispielsweise dem Fügen von Bändern mit Heißluft – ist die Qualität sogar besser. Die Nachfrage der Industrie nach dem neuen Verfahren ist daher schon jetzt, noch während der Prototypenphase, hoch.