Preform-Herstellung durch AFP

Die Preform, auch Vorformling genannt, bezeichnet bei der Herstellung von Composite-Bauteilen einen Zwischenschritt vor der Fertigstellung des eigentlichen Bauteils und kann durch unterschiedliche Prozesse erreicht werden. Das bei Compositence verwendete Automated Fiber Placement (AFP) ermöglicht das Preforming indes schneller, günstiger und flexibler. Mit der patentierten Technik kann der Rohling nahezu ohne Verschnitt, in der exakt benötigten Lagenorientierung und vollautomatisch erstellt werden, was die Material- und Lohnkosten niedrig hält.

Herkömmliche Prozesse beim Preforming

Die beim Leichtbau mit Carbonfasern bzw. carbonfaserverstärktem Kunststoff gängige Herstellung einer Preform erfolgt bestenfalls halbautomatisch, benötigt also menschliche Arbeit, um zum gewünschten Ergebnis zu kommen. Die einzelnen Schritte bis zur Preform teilen sich nach herkömmlichen Verfahren grundsätzlich folgendermaßen auf:

• Ausgangsmaterial Fasern / Rovings
• Fertigung von Halbzeugen (Rollenware) auf Basis herkömmlicher Textilverfahren
• Bauteilrelevante Zuschnitte
• Kombination einzelner Zuschnitte zum Stack
• Konsolidierung und Umformung zur Preform
• Aktivierung der Matrix
• Randbeschnitt und Oberflächenveredelung
• Fertiges Bauteil

Diese Art der Fertigung ist fehleranfällig und führt zu einem hohen Verschnitt, was wiederum den Materialaufwand erhöht. Beim Stacking der Halbzeuge können die einzelnen aus Fasern gelegten Lagen verrutschen und somit zu ungleichmäßigen oder gänzlich unbrauchbaren Ergebnissen führen. Darüber hinaus bildet ein Halbzeug meist nur näherungsweise die Form des schlussendlich benötigten Bauteils ab und muss daher auf die benötigten Maße zugeschnitten werden. Dies mündet zum einen in erheblichem Arbeitsmehraufwand, zum anderen produziert dieser Schritt nicht zu vernachlässigende Materialverluste.

Die Herstellung einer Preform auf diese Weise ist daher als weitestgehend veraltet zu betrachten und wird durch das von Compositence genutzte AFP wesentlich effizienter gestaltet.

Preforming durch automatisierte Faserablage

Beim Automated Fiber Placement entfallen die Herstellung der Halbzeuge und weitere Verfahrensschritte. Dies bringt für viele Anwendungen eine Reihe von Kosten- und Anwendungsvorteilen, die sich insbesondere für Konzerne im Leichtbau-Gewerbe, aber auch für die Herstellung anderer Produkte auszahlen. Im Vorfeld der Produktion wird durch eine virtuelle Prozesskette sowie ein Prototyping bereits die ideale, lastoptimierte Faserarchitektur für das fertige Bauteil bestimmt. Dies minimiert den Materialverbrauch bei der Herstellung und ermöglicht darüber hinaus das Einplanen zielgerichteter lokaler Verstärkungen, die für komplexere Formen erforderlich sind.

Bei der Herstellung der Preform selbst wird über einen Tape-Legekopf (trocken oder mit thermoplastischem bzw. vorimprägniertem Tape) die Faserablage bewerkstelligt. Dabei werden die Tows am Werkzeug fixiert – allerdings lediglich am Rand.

Compositence nutzt seine patentierte Produktionstechnologie der vollautomatisierten Faserablage in Form von Standardanlagen für unterschiedliche Rohmaterialklassen. Diese Maschinen führen mehrere Rovings bzw. thermoplastische Tapes. Der modulare Aufbau ermöglicht die Nutzung verschiedener Rohmaterialien auf einer Anlage durch das schnelle Wechseln der Legeköpfe und somit die Umstellung zwischen zum Beispiel trockenen und vorimprägnierten (PrePreg) Werkstoffen.

Die Performance des AFP

Je nach Fasergewicht, Komplexität der Form sowie Faserart variiert die Ablagerate und somit die Produktionszeit einer Preform mittels AFP. Eine beispielhafte Anwendung ist die Nutzung von 8 vorkonfektionierten Rovings, die eine ebene Fläche mit der Größe von 6 m² erstellt. Die Ablegerate beträgt bei dieser Beispielrechnung 250 kg pro Stunde. Für die Herstellung einer einfachen Preform mit 1 kg Gewicht bedeutet dies wiederum eine Zeit von lediglich einer viertel Minute.

Mit zunehmender Komplexität der Bauteile wird die Ablegerate automatisch angepasst, da die Lagen für die Preform nun anders platziert werden müssen. Allerdings sind durch die automatisierte Herstellung mittels Faserablage nun Strukturen möglich, die mit herkömmlicher Produktionstechnologie nur über zusätzliche Arbeitsschritte erreicht werden können. So kann eine Preform mühelos dreidimensional oder auch mit Kavitäten gefertigt werden.

Compositence bietet durch eine vollautomatisierte Technik eine optimale, materialsparende Nutzung von Rovings, was höchste Qualität in der Herstellung von Preforms und Fertigteilen in großen Stückzahlen garantiert. Compositence optimiert die Anlagentechnologie auch gerne auf Ihr individuelles Bauteilspektrum.