Fakuma 2017

Kunststoffteile-Fertigung erfindet sich neu

Additiv-Generative Fertigungsverfahren, Selektives 3D-Ätzen, Multi-Spritzgießprozesse für Leichtbauteile, Mikrospritzgießen, Präzisions-Extrudieren, neue Thermo-Umformtechniken und vor allem kombinierte Fertigungsverfahren – die Kunststoffteile-Fertigung ist in Bewegung wie lange nicht mehr. Und das soll die Fakuma 2017 abbilden.

Die Automobilindustrie stellt zur Fakuma traditionell spektakuläre Exponate zur Verfügung. (Bilder: Schall)

Noch steht die Kunststoffbranche unter dem Eindruck der K 2016 in Düsseldorf und den dort vorgestellten Innovationen. Aber: Nach der K ist vor der Fakuma – bereits seit längerer Zeit laufen die intensiven Vorbereitungen der 2017er Ausgabe auf dem Messegelände Friedrichshafen. Neben den bereits während der Vorveranstaltung angelaufenen organisatorischen Aktivitäten wird noch an thematischen Schwerpunkten gefeilt.

So werden auch während der Fakuma 2017 additiv-generative Verfahren eine wichtige Rolle spielen. Allerdings sieht man hier den Hype um die Technologien für die Fertigung in der Einzel-, Kleinserien- und Massenproduktion bereits abgeklungen, die Entwickler-Euphorie mache der Anwendungs-Ernüchterung Platz. Nicht mehr die angeblich unbegrenzten Möglichkeiten von additiv-generativen Verfahren stehen im Vordergrund, sondern das produktionsgerechte Ausloten und seriöse Erproben industrieller Anwendungen. Folgerichtig nehme sich nun die einschlägige Maschinen- und Werkzeugindustrie der komplexen Thematik an und das sei gut so. Schließlich setze sich auch die Erkenntnis, dass 3D-Printing vor allen Dingen eine Frage der zu verarbeitenden Basismaterialien (nämlich hauptsächlich Kunststoffe und weitergehend Pulvermetalle!), ist, immer mehr durch. Also zurück auf Anfang? Eher nicht, denn die Automobil-Hersteller und deren Zulieferer, mithin und nach wie vor die Treiber bei Entwicklung neuer Materialien und entsprechender Fertigungsverfahren, arbeiten längst am Werkstoffmix sowie an neuen oder kombinierten Be- und Verarbeitungs-Technologien. Dabei haben sie unisono eines im Sinn: Konventionelle Stahl- und Aluminiumteile wenn immer möglich und sinnvoll durch Leichtbaustrukturen in Kunststoff zu ersetzen.

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Sachzwänge bremsen fortschrittliche Technologien

Dass dies angesichts hoher Kosten für Bauteile und Baugruppen zum Beispiel aus faserverstärkten Polymeren nur mittel- bis langfristig zu realisieren ist, hat nicht nur mit Entwicklungsschritten, sondern auch mit der Akzeptanz bei den Autobauern und natürlich mit der gebotenen Wirtschaftlichkeit zu tun. Dieser Wirtschaftlichkeit wiederum liegt in vielen Fällen ursächlich weniger das Umsteigen von Stahl- oder Aluminium zunächst auf Hybridmaterialien, also Bauteile aus Aluminium, Stahl, hochfestem Stahl und Kunststoffen) zugrunde, sondern schlicht und ergreifend die Tatsache, dass die hohen Investitionen, die in die Stahl- oder Aluminiumverarbeitung getätigt wurden, sich erst über einen längeren Zeitraum amortisieren. Das gilt nicht zuletzt für herkömmliche Füge-und Verbindungs-Verfahren, die sich je nach Hybridmaterial oder Materialmix nicht mehr oder nur noch bedingt anwenden lassen.

Alternativen sind vorhanden

Hier nun schlägt die Stunde der Kunststoffe und eben verbesserter und neuer Be- und Verarbeitungsverfahren. Dabei soll nicht verhehlt werden, dass sich bearbeitungstechnisch ebenfalls große Herausforderungen abzeichnen, zum Beispiel bei der mechanischen Bearbeitung durch Bohren, Konturfräsen, Umsäumen von Faserverbundwerkstoffen. Gleiches gilt für deren Verbindung durch mechanische Elemente, also Schrauben, Niete, Clips und Kleben und der Kombination aus den Verfahren. Die Verwendungsbereiche von Bauteilen und Baugruppen sowie großflächigen Fahrzeug-Komponenten aus Kunststoffen werden hauptsächlich von der Zusammensetzung und den Eigenschaften der Materialien bestimmt. Dabei wird unterschieden nach Langfaserverstärkung durch Glasfasern, Carbon, Aramid oder Naturfasern; kürzere Fasern mit 0,3 bis 0,6 Millimeter Länge aus Granulat; stäbchenförmigen Langfasergranulaten mit Längen von 8 bis 12 Millimeter; Organoblechen undTapes sowie hochverstärkten Thermoplasten.

Industrielle Anwendungen in Lauerstellung

Diese faserverstärkten Polymere lassen sich je nach Bauteilstruktur und Fließfähigkeit wahlweise durch Spritzgießen, Extrudieren oder Thermoformen industriell verarbeiten. Außerdem erlauben die faserverstärkten Bauteile und Baugruppen eine im Vergleich hohe Funktionsintegration, die sich gewichtsmindernd und ressourcenschonend auswirkt, weil Bauteile entfallen und demnach in Summe weniger Material und geringerer Fertigungsaufwand benötigt wird. Ähnlich positiv in der Gesamtbilanz stellt sich der vom Fraunhofer Institut LBF entwickelte Spritzgießprozess für Leichtbauteile aus Sandwich- Faserverbund-Materialien dar. Dieser umgeht die Nachteile der bisherigen Overmoulding-Technologie. Das Verfahren basiert auf einem Spritzgießprozess, bei dem dünnwandige und damit kostengünstige Faser-Matrix-Halbzeuge in den bei Biegebelastungen zumeist hoch beanspruchten Randlagen eines thermoplastischen Sandwich-FKV (Faser-Kunststoff-Verbund) angeordnet werden. Der eher niedrig beanspruchte Kern füllt sich durch die thermoplastische Schmelze aus, die in einem weitergehenden Prozessschritt Funktionen und Verrippungen an der Oberfläche des Sandwich-Bauteils ausformt. Diese bilden sich dabei homogen aus dem Kern heraus und durch die Deckschichten hindurch – und zwar ohne Fügestellen. Fazit: In einem Prozessschritt lasst sich ein endlosfaserverstärkter Sandwich-Verbund mit integrierten Funktionalität und Verrippungen herstellen.

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