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3D-Druck und FVKVerfahrenskombination macht die Konstruktion flexibler

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT stellte die im BMBF-geförderten Projekt Lightflex entwickelte, flexible Prozesskette auf der Composites Europe vor und gab Einblicke in die adaptive und vernetzte Produktion von Leichtbaukomponenten.

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Hybrid-Thermoplast-Prototyp mit 3D-gedruckter Struktur. (Bild: Fraunhofer IPT)

Hohe Werkzeugkosten und eine unzureichende Bauteilfestigkeit verhindern heute noch oft die wirtschaftlich effiziente Produktion belastungsfähiger, individualisierter Produkte. Zur Herstellung solcher Produkte könnte daher schon in naher Zukunft ein kombiniertes Fertigungsverfahren aus 3D-Druck und Faserverbund-Technologie zum Einsatz kommen: 3D-Druck für die maximale Flexibilität in Form und Funktion und ein Umformverfahren für Faserverbundkunststoff, der die Stabilität des Bauteils gewährleistet.

Spritzgussbauteile aus Kunststoff, die zur Verstärkung mit Faserverbundkunststoffen kombiniert werden, lassen sich nur schwer an individuelle Wünsche oder Bedürfnisse anpassen und sind aufgrund der hohen Werkzeugkosten nur für die Großserie geeignet. Daher setzen das Fraunhofer IPT und seine Partner im BMBF-geförderten Forschungsprojekt Lightflex auf eine Kombination aus 3D-Druck und Organoblechen aus unidirektionalen Halbzeugen. Der 3D-Druck hat gegenüber dem Spritzguss den Vorteil, dass sich selbst spezielle Funktionalitäten oder kurzfristige Änderungen des Bauteils während der Entwicklungsphase noch schnell und ohne aufwändige Nachbearbeitungsschritte umsetzen lassen.

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Um die Belastbarkeit der Bauteile zu optimieren, werden die dreidimensional gedruckten Bauteile mit einer Faserverbund-Komponente zusammengefügt. Hier kommen individuell zugeschnittene Organobleche zum Einsatz, die auf der vom Fraunhofer IPT aufgebauten Prepro-Anlage endkonturnah gefertigt werden. Das minimiert Verschnitt und führt zu deutlichen Einsparungen bei den mit hohem Energieaufwand hergestellten Kohlenstofffasern.

Damit die beiden erforderlichen Fertigungsschritte intelligent verknüpft werden können, ist Kenntnis der unterschiedlichen Herstellungsverfahren unerlässlich: Deshalb erheben die Aachener Wissenschaftler während der Fertigung kontinuierlich Prozessdaten der beiden zu fügenden Komponenten und gleichen diese aneinander an. Ziel ist es, auf der Basis sofortiger Analysen das Feedback in die Produktion zurückzuspielen. So lasse sich anhand eines „digitalen Schattens“ der gesamten Prozesskette eine gleichbleibend hohe Qualität des gefertigten Bauteils gewährleisten. Insgesamt umfasst das Lightflex damit die gesamte Prozesskette im Sinne einer vernetzten, adaptiven Produktion.

Partner im Projekt „Lightflex – Photonische Prozesskette zur flexiblen, generativen, automatisierten und wirtschaftlichen Herstellung individuell angepasster hybrider Leichtbauteile aus thermoplastischem Faserverbundkunststoff“ sind“

–    AFPT, Dörth

–    Arges, Wackersdorf

–    Breyer Maschinenfabrik, Singen

–    F.A. Kümpers, Rheine

–    Fraunhofer IPT, Aachen

–    IKV an der RWTH Aachen

–    Kuka Industries, Obernburg

–    Laserline, Mühlheim-Kärlich

–    Opel, Rüsselsheim

–    Plastic Omnium, München

–    Pixargus, Würselen

–    Siemens, Erlangen

Dieses Projekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert.

Fakuma 2017, Halle B4, Stand 4404

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