IMCOLOR: Pionier der integrierten Fertigung für leichte, umweltfreundliche Luftfahrtbauteile

Ein aktuelles Clean Sky 2-Projekt, IMCOLOR, hat einen neuen Fertigungsprozess entwickelt, der Mehrkomponenten-Spritzguss mit der Integration von endlosen Kohlenstofffaserverstärkungen kombiniert. Zusammen mit einem auswaschbaren Salzkern (der Spritzdrücken standhält) wurde ein leichtes, umweltfreundliches Bauteil für eine Luftzyklusmaschine hergestellt.

Laut beteiligten Partnern wird die Synergie zwischen Spritzguss und thermoplastischer automatisierter Faserablage mit in-situ Konsolidierung (TP-AFPisc) zukünftige Designs ermöglichen, die leicht, aber mechanisch hochleistungsfähig sind, mit automatisierten, leicht reproduzierbaren Produktionsverfahren. TP-AFPisc unterscheidet sich dabei von aktuellen State-of-the-Art-Verfahren, bei denen Verbundstrukturen typischerweise in Prozessketten aufgebaut werden. Zudem wird die Faserarchitektur präzise an die Anwenderbedürfnisse angepasst, indem TP-AFPisc-gefertigte Einlegeteile eingesetzt werden, was den Zuschnittaufwand minimiert und Ausschuss reduziert.

Clean Sky nennt weitere Vorteile: Keine Behandlungen mit hexavalenten Chromionen (Cr6+) – der giftigsten Chromform mit negativen Umwelteinflüssen – sind im Fertigungsprozess notwendig. Durch die Integration thermoplastischer Werkstoffe steigern die so gefertigten Bauteile die Effizienz, senken Treibstoffverbrauch und Emissionen, sind recycelbar und behalten umweltfreundliche Prozesshilfsmittel.

Herausforderungen des IMCOLOR-Projekts umfassten die Suche nach geeignetem Kavitätendesign und Spritzparametern für die Einkapselung von CFK-Einlegeteilen in das Spritzgusspolymer. Auch die Materialkombination für gute Haftung zwischen CFK-Einlegern und Polymer gestaltete sich schwierig. CFK-Einleger mussten während des Hochdruckspritzens korrekt fixiert werden, um Verformung oder Fehlausrichtung zu vermeiden.

Ein unerwarteter Befund: Out-of-Plane-Faltenbildung bei 23 Lagen Einlegern (3 mm Dicke) am Modellbauteil, vermutlich durch Passspiel zwischen Formkern und Einleger. Dieser Effekt trat bei 70 Lagen Einlegern (10 mm Dicke) am Demonstratorbauteil nicht auf.

Nächste Schritte: Weitere Untersuchung der neuen Materialkombination und Bewertung des Prozesses im Haus. Das Konsortium prüft auch das Potenzial von Salzkernen für Verbundfertigung und Metallguss, sowohl intern als auch in Folgeprojekten.

Beteiligte Partner: Liebherr Aerospace Toulouse SAS (Frankreich), Technische Universität München (Deutschland), ThermoPlastic composites Research Center TP^RC (Enschede, Niederlande), Apppex GmbH (München, Deutschland) und Fischer Advanced Composite Components FACC (Ried im Innkreis, Österreich). EU-Gesamtförderung: 254.775 €.