REUSELAGE – Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung gepresster thermoplastischer CFK-Bauteile aus Tapeverschnitt mit in-situ-Ankonsolidierungsprozess

Serientaugliche Prozessentwicklung für das Pressen langfaserverstärkter Komponenten aus Taperesten mit anschließender in-situ-Ankonsolidierung von TP-AFP Strukturen.

Projektpartner
Eckerle GmbH

Laufzeit
01.05.2020 – 31.08.2022

Fördergeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Motivation
Bei der Fertigung von CFK-Strukturen mittels Thermoplastic Automated Fiber Placement (TP-AFP) im industriellen Maßstab kommt es zu Verschnittresten von bis zu 20%. Diese qualitativ einwandfreien Tapereste werden heute als Sondermüll entsorgt. Gleichzeitig stellen die hohen Preise kohlefaserverstärkter Materialien einen limitierenden Faktor für den wirtschaftlichen Einsatz von Carbon Composites dar. Es besteht daher der Bedarf nach einem Verfahren, welches eine Weiterverarbeitung der Materialreste ermöglicht. Hierfür wird ein Pressverfahren für langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) aus Taperesten mit anschließender in-situ-Ankonsolidierung von TP-AFP Panels entwickelt. Dieser technologische Ansatz verspricht besonderes Potential durch integrales Design, Einsparung von Fügeprozessen, Recycling von Produktionsabfällen sowie Recyclingfähigkeit durch „one material“.

Vorgehen
Ziel von ReUselage ist eine serientaugliche Prozesskette zur Fertigung hybrider endlos- und langfaserverstärkter Thermoplast-Bauteile. Die besondere Herausforderung von ReUselage liegt in der Fertigung von LFT-Komponenten aus recycelten CF/PEEK-Taperesten des TP-AFP Prozesses. Zunächst wird hierfür ein Verfahren zur Aufbereitung von Taperesten zu definierten Tape-Chips entwickelt. Anschließend wird der Prozess des LFT-Pressens unter Berücksichtigung der Prozessparameter Chip-Geometrie, Druck und Temperatur sowie der Zielgrößen Zykluszeit und Bauteilqualität, entwickelt. Im Zuge der Prozessentwicklung wird ein Erprobungswerkzeug zur Einstellung der Prozessparameter sowie das Musterwerkzeug eines Demonstratorbauteils inklusive Entformungslösung, aktiver Heiz- und Kühlkreisläufe sowie Evakuierungskonzept gefertigt. Abschließend wird die in-situ-Ankonsolidierung endlosfaserverstärkter Komponenten an gepresste LFT-Komponenten untersucht. Hierfür wird ein Werkzeug zur Integration der LFT-Strukturen in den TP-AFP Prozess entwickelt und Möglichkeiten zur optimalen Anbindung zwischen langfaser- und endlosfaserverstärkter Komponente werden analysiert.

Danksagung
Der Lehrstuhl dankt dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) sowie der AiF Projekt GmbH, durch deren Förderung das ZIM-FuE-Projekt „ReUselage“ (Förderkennzeichen: ZF4004329KI9) ermöglicht wird.