ProFi

Additive Fertigung von Faserverbundbauteilen

Mit dem Kooperationsprojekt „ProFi“ setzen sich die Unternehmen VEW Vereinigte Elektrowerkstätten GmbH, QualityPark AviationCenter GmbH und ro-motion automation GmbH sowie das Faserinstitut Bremen (FIBRE) zum Ziel, eine Technologie zur additiven Fertigung von Faserverbundbauteilen zu entwickeln. Das Projekt wird über zwei Jahre aus Mitteln des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert und hat ein Fördervolumen von 520.000 Euro. Ein entsprechender Antrag wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Juni 2016 bewilligt.

Die additive Fertigung eröffnet den Konstrukteuren von Leichtbaukomponenten neue Designfreiheiten. Es wird eine flexible Fertigung komplexer Bauteile ermöglicht, sodass vorhandene Bauteile in topologisch optimierte Strukturen überführt werden können, die mit anderen Fertigungstechnologien nicht oder nur mit hohem Aufwand realisierbar wären. Dies eröffnet neue Potentiale zur Gewichtseinsparung im Leichtbaubereich. Ein weiterer Vorteil ist, dass individuelle Komponenten in kleinen Stückzahlen zu wirtschaftlichen Konditionen gefertigt werden können, da auf die Verwendung teurer Werkzeuge verzichtet werden kann.

Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung einer Technologie zur additiven Fertigung von Faserverbundbauteilen. Dazu soll eine prototypische Anlage entwickelt werden, die in der Lage ist, Verstärkungsfasern (Karbon-, Glas-, oder Aramidfasern) in situ mit einer thermoplastischen Matrix zu imprägnieren. Hiermit würde erreicht werden, die Faserablage frei im Raum – entsprechend der Bauteilbeanspruchung – vorzunehmen, d.h. den Faserverlauf am Kraftfluss zu orientieren. Nur eine im Bauteil vollflexibel gestaltbare, mit Blick auf die äußere Belastung, optimierte Faseranordnung ermöglicht es, das Leichtbaupotenzial von Faserverbundwerkstoffen auszuschöpfen. Die Entwicklungsarbeiten beinhalten hierbei die Konzeption und Entwicklung eines speziellen Druckkopfes für die Imprägnierung und das 3D-Drucken von Faserverbundbahnen bzw. -schichten. Hierfür ist es notwendig eine entsprechende Führungskinematik, sowie eine neuartige Steuerungssoftware für den Betrieb des innovativen Gesamtsystems zu entwickeln.

Das zu entwickelnde Verfahren soll u.a. zukünftig dazu genutzt werden, um individualisierte CFK-Ausgleichselemente, sogenannte „Shims“, generativ zu fertigen. In der Flugzeugindustrie werden diese in großen Mengen benötigt, um geometrische Toleranzen beim Fügen großflächiger CFK-Bauteile auszugleichen. Dazu werden die Zwischenräume zweier Komponenten ausgefüllt und können somit spannungsfrei verbunden werden.

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