Integrative und selbstregulierende Produktionsanlage zur Herstellung von FVK-Bauteilen in großen Stückzahlen (iComposite40)

Problemlage
Infolge des steigenden Bedarfs an Leichtbauprodukten, bspw. in der Automobilindustrie, werden klassische Konstruktionswerkstoffe zunehmend durch alternative Materialien ersetzt. Faserverstärkte Kunststoffe eignen sich aufgrund ihrer außerordentlich guten mechanischen Eigenschaften ideal für diesen Zweck. Einer breiten Nutzung steht derzeit ein ineffizienter Ressourceneinsatz entgegen. Aktuell sind Materialverluste von bis zu 50 % hinzunehmen: halbautomatisch und in mehreren Prozessschritten werden unter Beachtung ihrer Faserorientierung die zuvor aufwendig hergestellten Verstärkungstextilien (z. B. Gewebe) in bauteilkonturnahe Form geschnitten, vorgeformt und in einen handhabungsfesten Zustand überführt. Im Anschluss erfolgt die Tränkung mit Flüssigkunststoff. Neben dem hohen Verschnitt entsteht auch unnötig hoher Ausschuss. Die Vermeidung von Ausschuss sowie der gezielte Einsatz von einfachen Verstärkungshalbzeugen in additiven Fertigungsverfahren bergen daher ein enormes Potenzial, Ressourcen einzusparen und die Produktionskosten zu senken.

Zielstellung
Ziel von iComposite 4.0 ist es, dieses Ressourceneinsparpotenzial zu erschließen. Ferner ist es Ziel, solche additiven Fertigungsverfahren zur Erzeugung der Verstärkungsstrukturen mit dem industriell etablierten Harzinjektionsverfahren in einem Produktionssystem mit einer regelnden Systemintelligenz zu kombinieren und zu vernetzen.

Vorgehensweise
Mittels additivem Faserspritzen wird zunächst die Grundstruktur des Bauteils erzeugt. Anschließend werden Faserstränge hochpräzise und belastungsgerecht abgelegt, um die Spitzenlasten des Bauteils aufzunehmen und Schwankungen des Faserspritzens auszugleichen. Anschließend wird bei der Harzinjektion das Formgebungswerkzeug unter Berücksichtigung der variierenden Geometrie der Verstärkungsstrukturen gezielt verbogen, um die gewünschten Bauteilwanddicken zu erreichen. Mit Hilfe einer regelnden Systemintelligenz werden mögliche Schwankungen der Bauteileigenschaften in den nachfolgenden Prozessschritten ausgeglichen, um Ausschuss zu reduzieren. Eine durchgängige Qualitätsüberwachung ermöglicht letztlich eine ausschussfreie Produktion. Die Entwicklung von Systemintelligenz und Qualitätsüberwachung und die Verknüpfung der Einzelsysteme in einer Produktionsanlage sind der primäre Forschungsinhalt des Projekts.

Ergebnisverwertung
Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens ermöglichen eine deutlich ressourceneffizientere, automatisierte und durchgängig qualitätsgesicherte Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen und steigern somit die Akzeptanz dieser Werkstoffklasse für die breite Anwendung. Die notwendigen Werkstoff- und Prozessmodelle können zudem für ein verbessertes Bauteil- und Werkzeugdesign verwendet, die Linienautomatisierung auf diverse weitere Technologien, bspw. auch in der metallverarbeitenden Industrie, übertragen werden.

• APODIUS GmbH
• BA Composites GmbH
• FRIMO GmbH
• ID Systec Vertrieb Deutschland GmbH
• Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk e.V. an der RWTH Aachen (IKV)
• RWTH Aachen
• Schuler Pressen GmbH
• Siemens Aktiengesellschaft
• Teijin Carbon Europe GmbH