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Verarbeitung thermoplastischer Tapes

Tapelegen

Organobleche bestehen meist aus einer oder mehreren Gewebelagen und sind als Zuschnitte, angepasst an das Endprodukt, erhältlich und zur weiteren Verarbeitung bereit. Anders ist es bei der Verarbeitung von thermoplastischen Tapes, welche als unidirektional mit Glas- oder Carbonfaser verstärkte, einzelne Lagen vorliegen. Diese Tapes werden im Legeverfahren, welches ein hohes Automatisierungspotential aufweist, positioniert und punktweise verschweißt. Dadurch entsteht ein Layup, welches anschließend konsolidiert und im Spritzgießprozess funktionalisiert wird.

Ziel in der Tapelegephase ist es, die höchste mechanische Leistungsfähigkeit bei möglichst geringer Anzahl und geringem Verschnitt der Tapes zu erreichen, ohne dabei ein zeitlich limitierender Faktor für den gesamten Produktionsprozess zu sein. Dabei ist es möglich, mithilfe optischer Bildverarbeitung Abweichungen, welche beispielsweise aus der Tape-Produktion oder dem Zuschnitt resultieren, zu erkennen und effektiv zu korrigieren, sodass ein qualitativ hochwertiges Tape-Layup für die Weiterverarbeitung entsteht.

Konsolidieren

Ist der Tapelegeprozess abgeschlossen und ein Halbzeug hergestellt, welches aus punktuell verschweißten Tapes besteht, folgt üblicherweise die Konsolidierung als nächster Prozessschritt. Dabei ist das Ziel, die Einzelschichten unter Druck und Temperatur zu verbinden, ohne die Faserausrichtung zu beeinflussen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu gewährleisten. Idealerweise können bei der Konsolidierung im Vorfeld entstandene Fehlstellen wie Lufteinschlüsse eliminiert werden. Dadurch erhöht sich die Imprägniergüte, das heißt, dass ein idealer Kontakt zwischen Faser und thermoplastischer Matrix erreicht werden kann.

Typischerweise werden für den Konsolidierprozess Pressen oder Druckkammern verwendet, wobei der Wärmeeintrag über ein Werkzeug erfolgt. Hierbei kommen oft hintereinandergeschaltete Heiz- und Kühlpressen zum Einsatz, zwischen denen das Halbzeug transportiert wird.

Funktionalisieren

Ein Vorteil der thermoplastischen Tapes gegenüber duroplastischer Halbzeuge ist es, dass diese effizient in der Spritzgießmaschine weiterverarbeitet werden können. Dies betrifft in erster Linie die endgültige Formgebung des Produktes. Dabei können weitere mechanisch verstärkende Elemente wie Rippen oder Stege am Bauteil realisiert werden.

Im Sinne des Leichtbaus ist es möglich mit den Tape-Halbzeugen eine Sandwichstruktur zu realisieren, bei der der Kern aus einem geschäumten thermoplastischen Kunststoff besteht und zur weiteren Gewichtsreduktion, sowie zur mechanischen und akustischen Dämpfung beiträgt. Des Weiteren ist es durch das Spritzgießen möglich, elektronische Komponenten wie Sensoren oder Leiter ohne zusätzliche Fertigungsschritte in das Endprodukt zu integrieren. Zudem können nicht nur funktionelle, sondern auch ästhetische Eigenschaften wie etwa die Oberflächenbeschaffenheit im Spritzguss beeinflusst werden.