Innerhalb des Verbundvorhabens „Q-Pro“ bildet die Entwicklung eines großserienfähigen und qualitätsgesicherten Fertigungsprozesses für eine Multi-Material Leichtbautechnologie den wesentlichen Entwicklungsschwerpunkt. Durch die Verbindung von hochfestem Stahl, endlosfaserverstärktem Thermoplast (Organoblech) und langfaserverstärkter Thermoplast-Pressmasse (LFT) weisen Bauteile in „3D-Hybrid“-Technologie ein hohes Leichtbaupotenzial auf, dessen Ausschöpfung für die Elektromobilität ein signifikanter Baustein zur Senkung des Energiebedarfs und daraus resultierender Reichweitenerhöhung darstellt.
Die aktuelle Prozessentwicklung zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe erfolgt heutzutage fast ausschließlich in einem aufwändigen iterativen Vorgehen, wodurch lange Entwicklungszeiten und hohe Kosten verursacht werden. Neuartige Methoden, die eine frühzeitige Analyse und Bestimmung der signifikanten Prozess- und Qualitätsparameter erlauben, sind daher eine wesentliche Grundlage für die effiziente Entwicklung wirtschaftlicher Verarbeitungsprozesse für die Elektromobilität, aber auch anderer Technologiezweige.
Forschungsansatz
Die geplanten theoretischen und experimentellen Arbeiten beinhalten Untersuchungen zur Verbesserung der Verbindungsfestigkeit zwischen den Verbundpartnern, die Einbindung und Anpassung geeigneter Qualitätssicherungsmethoden in den zu entwickelnden Fertigungsprozess sowie die Entwicklung von virtuellen Prozessentwicklungs- und -analysemethoden zur ganzheitliche Abbildung der Prozesskette.
Ergebnisse
Die automatisierte Fertigung und die qualitätssichernde Überwachung der Herstellungsprozesse neuartiger Leichtbaukomponenten sind Kerntechnologien für eine Massenfertigung, welche für Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) zum Projektzeitpunkt nicht hinlänglich entwickelt und erprobt war. Der Einsatz von thermoplastischen FKV in Kombination mit metallischen Strukturen mittels der neuartigen 3DHybrid-Technologie ermöglicht erstmals Prozesszeiten, die etablierten Metallverarbeitungsverfahren nicht nachstehen und somit diese Technologie für sehr hohe Stückzahlen prädestiniert. Durch die konsequente Anwendung der 3D-Hybrid-Technologie können für Strukturbauteile eine signifikante Massereduktion bei gleichem Strukturverhalten erreicht werden.
Hierzu wurde im Forschungsprojekt Q-Pro die 3D-Hybrid-Technologie erfolgreich in einen großserienfähigen Prozess überführt, der sowohl unter Nutzung von Online-
Qualitätssicherungsmethoden als auch mittels eigens entwickelter Prozesssimulationstools eine Vorhersage der Bauteileigenschaften auf Basis der Prozessparameter zulässt und somit eine maximale Zuverlässigkeit neuartiger Multi-Material-Leichtbaustrukturen sicherstellt. Das folgende Video zeigt den durchgängig automatisierten Prozessablauf im Prozessentwicklungszentrum des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden:
© ILK, TU Dresden