Tailord-Fiber-Placement

Dies ist ein automatisiertes Verfahren, eine Verlege-Technik, mit dem Fasern als Bündel, Roving, in die definiert programmierten Bahnen gelegt und mit konventionelle Sticktechnik am Stickgrund in einer Ebene befestigt werden. Die Stick-Verlegemaschinen sind Weiterentwicklungen von Sondermaschinen aus der Textilindustrie.

Die steigende Nachfrage an Leichtbauteilen mit guten Belastungseigenschaften bedarf neuer Prozesse mit passenden  Materialien. Mit Faserverbundwerkstoff werden diese geforderten Eigenschaften sehr gut realisierbar. Durch belastungsorientiert positionierten Fasern aus hochwertigen Materialien, wie Glas, Kohlenstoff, Aramid lassen sich solche Bauteil herstellen. Da die Fasern in ihrer Längsrichtung die höchste Festigkeit und Steifigkeit aufweisen, sind die Kenntnisse der Belastungsrichtungen absolut notwendig, um die Faserbündel zumindest in ihre Hauptbelastungsrichtungen zu orientieren. Da die Festigkeit eines Laminats erheblich durch die Abweichung von Faser- zu Belastungsrichtung negiert wird (Anisotropie), sind die Belastungsparameter klar zu definieren. Eine Abweichung von 15 Grad bei einer UD-Schicht (unidirektional) ergibt eine Reduzierung von circa 50 % der optimalen Festigkeit der Faser.

Vorteile der TFP-Technik

  • Gezielte Materialverstärkung, da der Roving im Kraftfluss abgelegt wird
  • Funktionsintegration mithilfe von Schaumeinlagen (Sandwich-Bauweise)
  • Reproduzierbare Bauteil-Eigenschaften durch wirtschaftliche CNC-Sticktechnik
  • 60-70 % niedrigere Rohstoffkosten durch Verzicht auf verschnittbehaftete Carbonfaser-Halbzeuge

Beschreibung der Maschine

Ablauf Herstellung der Preformlinge

Keim produziert heute mit einer Tajima Stick-Verlegemaschine die TFP-Preformlinge aus C-Rovings. Unsere Maschine ermöglicht 2D-Preformen bis zu einer Flächengröße von circa 1,2 x 0,6 m zu erzeugen. Durch Aufeinanderlegen/Sticken der Faserbündel können wir in Z-Achse bis 8 mm Dicke erreichen. Auch das Umsticken von Einlegern z.B. aus Hartschaum ist möglich, um Konturen zu verdicken. Der Vorformling kann sehr konturnah zur Endkontur des Bauteils hergestellt werden, sodass nur eine geringe Verschnittmenge anfällt. Da die Fasern mit dem Stickgarn positioniert werden, ist die Faser leicht wellig aufgelegt. Dies negiert die Festigkeitseigenschaft um circa 15 %, die bei der Auslegung berücksichtigt werden.

Bei komplexen Bauteilen mit 3D-Verformungen sind jedoch schnell Grenzen gesetzt, da TFP nur auf einer Ebene erfolgt und spätere, anspruchsvolle Umformungen nicht mehr möglich sind. So entstand die Idee der Keim 3D-Rovingablage durch einen Roboter. Es vereint alle Vorteile von TFP, ist aber für den volumigen Bau von 3D-Preformlingen bestens geeignet.

Weiterverarbeitung der Preformlinge

Der Preformling wird in ein Werkzeug gelegt und im Heiß-RTM-Verfahren mit Heiß-Epoxid zum Bauteil unter Druck injiziert. Im Anschluss wird das Bauteil befräst. Bohrungen, Durchbrüche und Passungen werden eingearbeitet. Metalleinleger für Gewindeaufnahmen oder sonstige Anwendungen können ebenfalls integriert werden