Innovative Prozessketten mit schnell aushärtenden Polymersystemen – Snap-Cure-Polymers 4.0

Faserkunststoffverbunde mit duroplastischen Matrixsystemen weisen im Vergleich zu klassischen Konstruktionswerkstoffen neben hervorragenden spezifischen Werkstoffeigenschaften Besonderheiten auf, die sie insbesondere für den Einsatz in Bauteilklassen mit hoher Variabilität und kleinen bis mittleren Stückzahlen prädestinieren. Dabei bieten sie außerordentlich hohe Flexibilität hinsichtlich der Bauweise und Gestaltung von Komponenten, Subsystemen und Systemen. Weitere Vorteile ergeben sich aus den moderaten und einstellbaren Prozessbedingungen während der Bauteilherstellung sowie großer Freiheit bei der Einstellung maßgeschneiderter Eigenschaften durch Verwendung anwendungsangepasster Faserpreformen. Der Einsatz von Faserkunststoffverbunden ist allerdings mit grundlegenden Herausforderungen verbunden. So ist etwa der Aufwand für die Entwicklung von einzelnen Produkten gerade aufgrund des eher komplizierten werkstoff-mechanischen Verhaltens der Faserverbundwerkstoffe häufig zu hoch.

Motivation

Ein großes Potential für die Fertigung von Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffen in Bauteilklassen mit hoher Variabilität und kleinen bis mittleren Stückzahlen bieten neuartige sogenannte Snap-Cure-Polymere. Diese erlauben kurze Belegzeiten der Werkzeuge, so dass die Fertigung aller Bauteile einer kleinen Losgröße in relativ kurzen Zeiträumen möglich ist. Die moderaten Verarbeitungsparameter der Snap-Cure-Systeme erlauben weiterhin die Integration von Funktionselementen wie Sensoren oder elektronischen Komponenten. Die Umsetzung von Faserkunststoffverbunden mit Snap-Cure-Matrix-Systemen für Bauteilklassen mit hoher Variabilität und kleinen bis mittleren Losgrößen erfordert jedoch deutlich effizientere Prozesse für die Bauteilentwicklung und -fertigung.

Lösungshypothese

Um diese Effizienzsteigerung zu erzielen, werden vernetzte Entwicklungs- und Fertigungsstrategien benötigt, welche neue Einzelmethoden der Bauteilentwicklung und innovative Technologien für die Bauteilfertigung digital miteinander verknüpfen. Grundvoraussetzung für die Umsetzung dieser digitalen Technologien sind auf der einen Seite durchgängige Struktur- und Prozesskettenmodelle gekoppelt mit prozesstechnischen Materialbeschreibungen neuartiger Snap-Cure-Systeme und auf der anderen Seite modulare Werkzeugkonzepte für Bauteilfamilien kleiner Los-größen und großer Variantenvielfalt. Im Hinblick auf die Gesamtzielsetzung des Verbundvorhabens erfolgen daher am Beispiel einer durchgängigen 4.0-Prozesskette die Bewertung des Einsatzpotenzials neuartiger Snap-Cure-Polymere, die Erarbeitung kombinierter informations- und beschreibungsbasierter Struktur- und Prozesskettenmodelle, die Entwicklung neuartiger modularer Werkzeugkonzepte mit integrierten Sensorsystemen zur Prozessdatenerfassung, die Konzeption erweiterter Methoden zur durchgängigen Prozessdatenerfassung für die Bauteilentwicklung und Fertigung sowie die Generierung intelligenter Schnittstellen zur Verknüpfung von Entwicklungs- und Fertigungsprozessen.