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Fiber Placement

Fiber Placement – auch in der Schreibweise Fibre Placement oder Fiberplacement bekannt – ist ein gängiger Fertigungsprozess für die Herstellung von Hochleistungsbauteilen in Leichtbauweise. Neben dem wachsenden Interesse des Automotive-Sektors nutzt insbesondere die Luft- und Raumfahrt die Faserablage für die Verarbeitung von Composites. Diese bestehen aus Carbon sowie einer umliegenden Kunststoffmatrix und werden in Form von Rovings oder Tapes verarbeitet. Sorgt das herkömmliche, auf Textiltechniken basierende, Fertigungsverfahren für hohen Material- und Arbeitseinsatz, hat Compositence mit seinem patentierten Fiber Placement Prozess die Herstellung von Preforms optimiert.

Fiber Placement für verschnittarme Prozesse

Carbon und anderes Placement Material haben im direkten Vergleich mit ähnlichen Werkstoffen mehrere Vorteile. Vor allem für seine Stabilität und gleichzeitige Leichtigkeit wird es heute in vielen Produktionsbereichen geschätzt und verwendet. Je nach Layup, Schichtung und Fasern erreicht ein mittels Fiber Placement hergestelltes Bauteil eine höhere Belastbarkeit als ein Stahlelement, während es allerdings nur ein Fünftel dessen wiegt. Dies gilt insbesondere für das von Compositence patentierte Verfahren, das sicherstellt, dass Rovings und Tapes genau dort platziert werden, wo die Struktur des späteren Bauteils es erfordert.

Die Eigenschaften der fertigen Bauteile lassen sich auch maßgeblich durch den Produktionsprozess, den sogenannten Layup oder Fiber Placement Process, beeinflussen. Da die Objekte nicht gegossen oder gepresst, sondern aus Faserbahnen (Tows oder Prepreg Bänder) gelegt werden, lassen sich spezielle Verstärkungsstrukturen durch zusätzliche Layer schaffen. Der Fiber kann so, falls benötigt, an bestimmten Stellen mehr Steifigkeit und Stärke gegeben werden, ohne aufwändig in die Konstruktion einzugreifen.

Wenn Metalle starken Temperaturschwankungen ausgesetzt werden, verziehen sich Eisen und Stahl oft sehr stark. Gerade bei häufigen Wechseln zwischen warm und kalt kann das dauerhaft zu starken Belastungen im Material und beschleunigtem Verschleiß führen. Carbon Composites profitieren hierbei von grundlegend anderen Werkstoffeigenschaften. Bauteile aus diesem Material verziehen sich bei unterschiedlichen Temperaturen nicht und behalten konstant ihre Form und Tragkraft.

Funktionsweise der Fiber Placement Technik

Oftmals auch als Automated Fiber Placement (AFP) bezeichnet, unterscheidet sich die moderne Fertigung in vielen Punkten stark von der manuellen Produktion und bietet diverse Vorteile. Das bisherige Verfahren besteht aus handarbeitsintensiven Schritten. So muss man aus den Rovings erst Halbzeuge herstellen, diese zuschneiden, anpassen und befestigen. Besonders beim Cutting wird viel Material verschwendet, was sich zusammen mit dem hohen Arbeitsaufwand in den Kosten niederschlägt.

Die moderne Bauteil-Fertigung spart sich verschiedene Zwischenschritte und ist ein fließender Prozess:

  • Ausgangsmaterial Rovings
  • Zwei- oder dreidimensionale Ablage (Stack oder Preform)
  • Konsolidierung und Umformung zur Preform

Dadurch, dass die arbeits- sowie materialintensive Halbwerkzeugherstellung entfällt und die Präzisions-Arbeiten automatisiert ablaufen, senken sich auch die Kosten der gesamten Bauteil-Herstellung. Zudem ist man nicht länger auf Standardorientierungen angewiesen, sondern kann die Fiber-Strukturen und Lagenaufbauten individuell an die Belastung im Einsatz anpassen. Auf diese Weise werden Lagen eingespart und die Tragkraft weiter erhöht.

Tows, die unterschiedlichen Materialtypen

Im Fiber Placement unterscheidet man zwischen Rovings, bebinderten Rovings, vorkonfektionierten (preconfectioned) Tows, thermoplastischen Tapes, und TowPreg bzw. Prepreg. Die Produktionsprozesse bis hin zum Bauteil auf Basis dieser Materialien sind unterschiedlich.

Der Faserdirektablage-Prozess von Compositence ist bei allen verarbeiteten Rohmaterialien jedoch grundlegend vergleichbar. Die einzelnen Tows werden bei der Ablage nur am Bauteilrand befestigt. Dadurch können bei der Ablage hohe Geschwindigkeiten, aber auch eine große Flexibilität in der darstellbaren Bauteilgeometrie erreicht werden, da der Legekopf die Bauteilform nicht berührt. Mit den modularen Anlagen von Compositence können zum Beispiel 16 Tows mit einer Slotbreite von 12 mm verarbeitet werden. Individuelle Anpassungen an Ihren Bedarf sind problemlos möglich.

Die Prozess- oder Layup-Dauer, also die Ablagegeschwindigkeit der Maschine, ist neben der Roving-Art auch von der Komplexität und Fläche der Produkte abhängig. Generell gilt: Je einfacher und größer das zu erstellende Objekt, desto schneller erfolgt auch das Fiber Placement.

Nutzen auch Sie die Vorteile der schnellen und kostengünstigen Produktion von Faserverbund-Bauteilen und bereichern Sie Ihr Bauteil-Portfolio durch das leistungsfähige Material.