Top Verbundwerkstoff-Fertigungstechniken für 2024

Bis 2024 wird der globale Verbundwerkstoffmarkt auf rund 130,83 Milliarden Dollar projiziert. In den USA machte die Glasfaserverstärkung allein 2017 ein Wachstum von 2,1 Milliarden Dollar aus.

Industrien aller Art setzen zunehmend auf Verbundwerkstoffe, um leichtere, stärkere und langlebigere Komponenten zu erreichen. Die Wahl der Fertigungsmethode hängt vom Material, Designintent und Endverwendungszweck ab.

Im Folgenden die am weitesten verbreiteten Techniken, jeweils mit spezifischen Vorteilen für konkrete Anwendungsfälle.

1. Hand-Lay-Up

Hand-Lay-Up bleibt die grundlegende Technik für duroplastische Verbundwerkstoffe. Handwerker legen Prepreg oder trockene Faserlagen manuell in eine Form, tragen dann Harz auf – entweder per Pinsel (nasses Lay-Up) oder Sprühen – bevor der Stapel aushärtet.

2. Offenformen (Kontaktformen)

Offenformen ist ein kosteneffizienter Prozess für Glasfaserteile. Nach Behandlung der Form mit Trennmittel und Gelcoat werden Materialien per Spritz- oder Hand-Lay-Up auf die Oberfläche gelegt. Nachfolgende Verdichtung, Kerneinlage und finale Spritzlage erzeugen ein robustes Laminat, das bei Umgebungstemperatur aushärtet.

3. Harzinfusionsverfahren

Um Produktion zu beschleunigen und Teilekonsistenz zu verbessern, wechseln viele Hersteller vom manuellen Lay-Up zu automatisierten Harzinfusionstechniken.

Resin Transfer Molding (RTM)

Trockene Verstärkung wird in eine geschlossene Form gelegt, niedrigviskoses Harz mit Katalysator wird unter kontrolliertem Druck injiziert. Der Prozess liefert hochwertige Teile ohne Autoklavenbedarf.

Reaction Injection Molding (RIM)

Im Gegensatz zu RTM injiziert RIM Harz und Katalysator als separate Ströme. Die chemische Reaktion startet im Forminneren, ermöglicht schnelle Teilebildung.

Vacuum-Assisted Resin Transfer Molding (VARTM)

VARTM nutzt Vakuum, um Harz in den Preform zu ziehen, eliminiert Bedarf an Hitze oder hohem Druck. Niedrige Werkzeugkosten machen es ideal für komplexe, hochvolumige Teile.

Filament Winding

Filament Winding ist ein kontinuierlicher, hochautomatisierter Prozess, der kontinuierliche Faserstränge um einen rotierenden Dorn wickelt. Kosteneffizient und weit verbreitet für zylindrische Komponenten wie Golfschlägerschäfte, Druckbehälter und Angelruten.

Pultrusion

Pultrusion führt trockene Faser durch ein Harzbad und dann durch eine beheizte Düse, formt ein kontinuierliches Profil, das inline aushärtet. Ergebnis: glatte, sofort einsatzbereite Komponenten mit minimaler Nachbearbeitung.

Tube Rolling

Tube Rolling konstruiert kleinste konische oder zylindrische Rohre durch Ablage von Fasermustern auf einer Oberfläche und Kompression über einem Dorn. Wiederholung baut Rohrlänge und Biegefestigkeit auf.

Pressformen (Compression Molding)

Ideal für Hochvolumenproduktion von Duroplasten, nutzt Pressformen Sheet-Molding-Compounds zur Teileformung in beheizter Form. Automobilhersteller erforschen kohleverstärkte Sheet-Molding-Compounds für überlegene Steifigkeits-Gewichts-Verhältnisse.

Spritzgießen (Injection Molding)

Schnell und niedrigdruckig, ideal für gefüllte Thermoplaste. Typische Zykluszeiten 1–5 Sekunden, ermöglicht Produktion von tausenden Teilen pro Stunde. Automatisiertes BMC-Spritzgießen ersetzt zunehmend Metallguss in bestimmten Märkten.

Wesentliche Überlegungen zur Verbundwerkstoff-Fertigung

Verbundwerkstoff-Fertigung formt nicht nur das Material, sondern definiert auch dessen Leistungscharakteristika. Fertiger müssen Sicherheit priorisieren durch Tragen geeigneter PSA und unternehmensweite Monitoring-Protokolle, um Gesundheitsrisiken durch Fasern und Harze zu minimieren.

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