Flyer-DE-Thermoplast-Form

Das Forum Composite Technology ist eine gemeinsame Aktion von neun Fachverbänden im VDMA, die die Kompetenz
des Maschinenbaus bei der Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen bündelt. Als zentraler Kontaktpunkt der Branche ist das Forum die Schnittstelle zu allen Unternehmen,
Verbänden und Instituten, die am Herstellungs- und Verarbeitungsprozess bzw. an der Anwendung von Composites
beteiligt sind und bietet allen Partnern eine Plattform für
technologieübergreifenden Austausch.
Aktionsschwerpunkte des Forums
•Märkte + Kunden: Kooperationen und Austausch
­zwischen Verbänden, Clustern und anderen Organisa­
tionen der Abnehmerbranche
•Messepolitik: Mit der ideellen Trägerschaft der Messe
COMPOSITES EUROPE etabliert das Forum einen starken
Messeplatz in Deutschland
•Prozessverständnis: Förderung der Innovationsfähigkeit
durch ein gemeinsames Prozessverständnis entlang der
gesamten Wertschöpfungskette
•Forschung: Vernetzung von Forschung und Industrie zur
Unterstützung der vorwettbewerblichen Forschung
•Öffentlichkeitsarbeit: Gemeinsame Interessenartikulation und geschlossenes Auftreten in der Öffentlichkeit
Herstellernachweis:
Die Mitgliedsfirmen des Forums
•
­stellen Ihr Produktionsprogramm und Leistungsangebot
in der Composite Arena dar
Einordnung des Thermoplast-Formpress-Verfahrens
7
Rohstoff
Thermoplast
1
3
4
2
Faser
LFT/GMT/SRP
Organoblech
Textiles
Halbzeug
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5
Bauteil
Rohbauteil
6
Prepreg
Formgelege
Zuschnitt
Preform
SMC/BMC/
Granulat
1: Faserherstellung
2: Textilherstellung
3: Halbzeugherstellung
4: Thermoformen
5: Bearbeitung
6:Prüfen, Fügen,
­Oberflächenbehandlung
7: Recycling
VDMA
Forum Composite Technology
Lyoner Straße 18
60528 Frankfurt am Main
Telefon +49 69 6603-1932
Fax +49 69 6603-2932
E-Mail [email protected]
Internet http://composites.vdma.org
Endprodukt
7
Die Industrialisierung der Produktionsprozesse zur Herstellung
von faserverstärkten Kunststoffen (Composites) für größere
Serien hat begonnen. Der Fokus liegt dabei auf RTM- und
Formpressverfahren (langfaserverstärkte Formmassen, Prepreg,
Organoblech, …) für Flächen- und Strukturbauteile.
Die Zykluszeit beim Thermoplast-Formpressen wird vor allem
durch die Erwärmungs- und Abkühlzeit des Thermoplasts festgelegt. Alle anderen Prozesse können bspw. mithilfe geeigneter
Automatisierung beschleunigt werden.
Typische Anwendungen für das Thermoplast-Formpressen sind
Komponenten im Flugzeugbau und Automobilbau, die leicht und
stabil sein sollen. Aufgrund der thermoplastischen Matrix dürfen
die Bauteile in der Regel aber keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
•Komplexe dreidimensionale Bauteile möglich
•Unbegrenzte Lagermöglichkeit der Halbzeuge bei
Verfahrenscharakterisierung:
Grundprinzip des gesamten Verfahrens ist die Trennung des Tränkungsvorgangs bei der Verbundwerkstoffherstellung vom formgebenden Prozess in der Presse.
Kontakt
Dr. Walter Begemann
VDMA Forum Composite Technology
Telefon069 6603-1932
E-Mail [email protected]
Verstärkungsfaser
Thermoplast
Faserverbundwerkstoff
Alternative Verfahren zur
Compositeherstellung
Bei der Umformung des plattenförmigen Halbzeugs können die
Maschinenhersteller auf große Erfahrungen aus der Verarbeitung
konventioneller Kunststoffe zurückgreifen. Zur Erreichung von
qualitativ hochwertigen Bauteilen sind aber die geänderten
Eigenschaften, insbesondere das Fließ- und Drapierverhalten, zu
berücksichtigen.
Raumtemperatur
• Relativ schnelle Zykluszeiten
• Geometrie begrenzt durch Fließfähigkeit des Halbzeugs
• Beidseitig gute Oberflächenqualität (abhängig vom Werkzeug)
•Nachbearbeitung (Ausschneiden, Kantenbearbeitung)
nötig, z.T. aber in Presse integrierbar
• Gute Schweißbarkeit der Bauteile
•Verarbeitung von Hochtemperaturthermoplasten
(z.B. PEEK) für hohe Gebrauchstemperaturen relativ teuer
•Anspruchsvolle Anlagentechnik (gleichmäßige Plattener­
wärmung, Handling der erwärmten Platte, Formpresse etc.)
•Fertigung automatisierbar
• Hohe Investitionskosten bei hohem Automatisierungsgrad
http://composites.vdma.org
www.composite-arena.de
Bildquellen: Uwe Steinbrich/pixelio.de, Wikimedia Commons, Bond-Laminates, BASF, Kuka, Basler, Roland Berger, VDMA
VDMA Forum Composite Technology
Forum
Composite Technology
Wertschöpfungskette zur ­Herstellung
von faserverstärkten Produkten
Thermoplast-Formpressen
02.09.13 14:16
Faser- und Textilherstellung
Rohstoff
Für das Thermoplast-Formpressen startet die Prozesskette mit der Herstellung der Fasern. Daraus
werden zunächst Endlosfaserbündel (Rovings)
produziert, die später dem Thermoplast direkt
geschnitten beigemischt oder zunächst zu textilen Verstärkungsstrukturen verarbeitet werden.
Herstellung von Halbzeugen
Thermoformen
Werkzeugmaschinen/Präzisionswerkzeuge
Robotik, Automation/Mess- und Prüftechnik
Im nächsten Schritt entsteht aus den Fasern und
thermoplastischem Kunststoff ein ebenes flächenförmiges Halbzeug.
Im Falle von langfaserverstärken Thermoplasten (LFT)
werden geschnittene Fasern direkt oder als Granulat
dem Kunststoff beigemischt und mit Hilfe eines
Extruders zu Platten verarbeitet.
Zur Formgebung wird der plattenförmige Faserverbundwerkstoff innerhalb oder außerhalb der Presse durch Strahler erhitzt. Anschließend
erfolgt das Umformen mit temperierten Werkzeugen. Hier kommen
zweiseitig wirkende Werkzeuge oder einseitige Werkzeuge mit Vakuum zum Einsatz. Nach dem Abkühlen kann das verfestigte Rohbauteil entnommen werden.
Bei der Nachbearbeitung mit hochgenauen Werkzeugmaschinen
unterscheidet man zwischen der Einbringung von Funktionsgeometrien und der Oberflächenfeinbearbeitung. Für die Funktionsgeometrien werden Verfahren wie Bohren, Fräsen, Laser- und
Wasserstrahlschneiden eingesetzt, während die Oberflächenfeinbearbeitung in der Regel durch Schleifen und Polieren erfolgt.
Robotik + Automation umfasst die
drei Teilbereiche Robotik, Integrated
Assembly Solutions (für die Montage
und Handhabung) sowie die Industrielle
Bildverarbeitung. Diese Technologien
sind wichtige Bausteine für die wirtschaftliche Serienfertigung von endlosfaserverstärkten Produkten. Anwendungsbeispiele sind das Positionieren und Ausrichten
von textilen Gelegen, die Handhabung von Halbzeugen sowie die
roboterbasierte Nachbearbeitung der Bauteile. Bildverarbeitung
überwacht zuverlässig die Einhaltung aller wichtigen Fertigungsparameter und sorgt so für reproduzierbare und sichere Qualität.
Thermoplast
LFT/GMT/SRP
Organoblech
Faser
Textiles
Halbzeug
Zur Glasmattenherstellung werden (un-)geschnittene Glasrovings
auf ein Transportband abgelegt und durch Vernadelung fixiert und
verfestigt. Alternativ werden Gewebe, Gelege, Gewirke, Geflechte
oder Gestricke zum Einsatz in Organoblechen gefertigt.
Relevante Maschinengruppen
Maschinen zur Faserherstellung und -aufbereitung
•Maschinen zur Carbonfaserherstellung
•Maschinen zur Glasfaserherstellung
•Anlagen zur Aramidfaserherstellung
•Reckwerke für Filamente und Bändchen
•Faserschneidmaschinen
•Maschinen zur Naturfaseraufbereitung
•Zubehör
Maschinen zur Herstellung textiler Strukturen
•Maschinen zur Garnherstellung
•Maschinen zur Vliesherstellung
•Filament-Windig-Maschinen
•Flechtmaschinen
•Fibre-Placement-Anlagen
•Flachstrickmaschinen
•Kettenwirkmaschinen
•Multiaxialkettenwirkmaschinen
•Webmaschinen
•Zubehör
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Für glasmattenverstärkte Thermoplaste (GMT) werden die Matten
mit aufgeschmolzenem thermoplastischen Kunststoff getränkt. Dies
erfolgt in der Regel unter Temperatur- und Druckeinwirkung z.B. in
Doppelbandpressen.
Zur Herstellung von Halbzeugen mit vollständig imprägnierten
und konsolidierten Endlosfaserstrukturen (aufgrund der zu Blechen
ähnlichen Verarbeitbarkeit „Organobleche“ genannt) wird das Verstärkungstextil mit extrudiertem Kunststoff und/oder separat gefertigten
Folien in diskontinuierlichen, semi-kontinuierlichen oder kontinuierlichen Anlagen verpresst.
Weitere Verfahren zur Imprägnierung des Textils sind Aufstreuen
thermoplastischen Pulvers mit anschließendem Aufschmelzen durch
IR-Strahler, Auflösen der Thermoplaste in Lösungsmitteln und Imprägnierung der Textilien über Tauchverfahren oder Imprägnierung der
Textilien mit Caprolactam und Polymerisierung zu Polyamid.
Daneben ist es möglich, auch das thermoplastische Material in Faserform einzusetzen. Diese können in Kombination mit anderen Fasern
als sog. Hybridgarne zur Textilherstellung genutzt werden. Bei eigenverstärkten Kunststoffen (SRP = self-reinforced polymers) bestehen
Fasern und Matrix aus dem gleichen Material, was zu einer 100%-igen
Recycelbarkeit führt.
Relevante Maschinengruppen
Maschinen zum Herstellen von Composites
•Extrusionsanlagen/Extruder
•Laminierverfahren
Bauteil 1)
Rohbauteil
Endprodukt
Die Zerspanung von Faserverbundwerkstoffen
stellt Werkzeugentwickler vor völlig neue Herausforderungen, da bekannte Gesetzmäßigkeiten der Metallurgie nicht einfach übertragbar
sind.
Die Materialeigenschaften hängen anders als
bei metallischen Werkstoffen zumeist von der
Faserrichtung im Bauteil ab. Entsprechend lassen sich Faserverbundwerkstoffe nicht in allen
Richtungen gleich gut zerspanen.
Durch verschieden orientierte Schichten im Verbundwerkstoff
oder eine Kombination von Faserverbundschichten mit metallischen Schichten wird der Zerspanvorgang noch komplexer.
Relevante Maschinengruppen
Maschinen zum bearbeiten von Verbundstoffen
•Maschinen zum Umformen:
Thermoformmaschinen
Hochdruckpressen für GMT/LFT
Thermoformen von Organoblechen
Werkzeuge zum Bearbeiten von Verbundstoffen
•Werkzeug- und Formenbau
Herstellernachweis:
www.composite-arena.de
Qualitätssicherung ist ein ganz wesentlicher Aspekt der Mess- und Prüftechnik.
Qualitätssichernde Systeme im Produktionsverfahren sind für den Anwender
mit vielen Vorteilen verbunden, wie z. B.
niedrigere Produktionskosten durch
bessere Ausnutzung der eingesetzten
Ressourcen. Hohe Prozesssicherheit bedeutet weniger Ausschuss
und damit letztlich geringere Garantiekosten sowie zufriedenere
Endkunden.
Relevante Maschinengruppen
Relevante Maschinengruppen
Maschinen zum Bearbeiten von Verbundstoffen
•Beschichtungsmaschinen
•Temperiergeräte
•Maschinen zum Umformen
•Schneid- und Spaltmaschinen
•Maschinen zur Oberflächenbearbeitung
•Fräs- und Bohrmaschinen
•Wasserstrahlschneiden
Handhabungstechnik
•Roboter
•andere Handhabungseinrichtungen
•Einrichtungen zum Verketten und Transportieren
Werkzeuge zum Bearbeiten von Verbundstoffen
•Zerspanwerkzeuge
•Spannzeuge
Füge- und Verbindungstechnik für Verbundstoffe
1)
Material: Bond-Laminates/BASF, Hersteller: Reinert Kunststofftechnik
Mess- und Prüftechnik
•Testsysteme für Fasern, Fäden, Flächengebilde, on-line
•Prüfgeräte für Fasern und Einzelfilamente, off-line
•Prüfgeräte für Faser- und Filamentgarne, off-line
•Prüfgeräte für Verbundwerkstoffe & Flächengebilde, off-line
•Lehren und Feinmesszeug
•Messmaschinen
•Bildverarbeitung und Optosensorik
•Prüfgeräte für Materialverunreinigungen
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