Clean Sky 2 IMCOLOR-Projekt entwickelt integrierten Fertigungsprozess für leichtes Produktdesign

Ein aktuelles Clean Sky 2-Projekt, IMCOLOR, soll ein neues Herstellungsverfahren entwickelt haben, das einen Multi-Shot-Spritzgussprozess mit der Integration von kontinuierlichen Kohlefaserverstärkungen kombiniert. Zusammen mit der Verwendung eines verbrauchbaren Salzkernmaterials (das Injektionsbelastungen standhalten konnte) wurde ein leichtes, umweltfreundliches Luftkreislaufmaschinenteil hergestellt.

Nach Angaben der beteiligten Partner ist die Synergie zwischen Spritzguss und automatisierter thermoplastischer Faserplatzierung mit in-situ Konsolidierung (TP-AFPisc) wird zukünftige Designs ermöglichen, die leicht sind und dennoch auf hohem mechanischem Niveau funktionieren, mit automatisierten, leicht reproduzierbaren Produktionstechniken. Der TP-AFPisc soll sich von aktuellen Verfahren nach dem Stand der Technik unterscheiden, bei denen Verbundstrukturen typischerweise innerhalb von Prozessketten aufgebaut werden. Darüber hinaus stellen die Partner fest, dass die Faserarchitektur durch den Einsatz von TP-AFPisc-gefertigten Einsätzen genau an die Bedürfnisse des Benutzers angepasst wird, der Aufwand beim Beschneiden von Verbundteilen minimiert und der Ausschuss reduziert wird.

Laut Clean Sky ergeben sich aus diesem neuen Verfahren mehrere zusätzliche Vorteile. Beispielsweise sind im Herstellungsprozess keine Behandlungen mit sechswertigen Chromionen (Cr6+) – der giftigsten Form von Chrom, die negative Auswirkungen auf die Umwelt hat – erforderlich. Darüber hinaus erhöhen durch die Integration von thermoplastischen Materialien die aus diesem Prozess hergestellten Teile die Effizienz, verringern Kraftstoff und Emissionen, sind recycelbar und behalten umweltfreundliche Prozesshilfsmittel.

Zu den Herausforderungen des IMCOLOR-Projekts gehörten unter anderem die Suche nach einem geeigneten Hohlraumdesign und geeigneten Spritzparametern für die Einkapselung von kohlenstofffaserverstärkten Polymer (CFK)-Einsätzen in das Spritzgusspolymer. Schwierig war es laut Projektpartnern auch, eine geeignete Materialkombination zu finden, um eine gute Verbindung zwischen den CFK-Einlagen und den Polymeren zu ermöglichen. Auch CFK-Einlagen mussten bei den Hochdruckeinspritzungen richtig fixiert werden, damit keine Deformationen oder Fluchtungsfehler auftraten.

Ein unerwarteter Befund waren Faltendefekte außerhalb der Ebene bei 23-lagigen Einsätzen (3 Millimeter Dicke) auf dem Modellteil. Die Partner glauben, dass dies wahrscheinlich auf die Spielpassung zwischen dem Formkern und dem Einsatz zurückzuführen ist. Bei den 70-lagigen Einsätzen (10 Millimeter Dicke) des Demonstratorteils trat dieser Effekt jedoch nicht auf.

Die nächsten Schritte für den Themenmanager werden die weitere Untersuchung der neuen Materialkombination und die Bewertung des neuen Verfahrens im eigenen Haus sein. Darüber hinaus wird das Konsortium das Potenzial von Salzkernen für die Composite-Produktion und Metallgussverfahren sowohl im eigenen Haus als auch in Folgeprojekten untersuchen.

An diesem Projekt beteiligte Partner waren Liebherr Aerospace Toulouse SAS (Haute-Garonne, Frankreich), die Technische Universität München (TUM, Deutschland), ThermoPlastic Composites Research Center (TPRC, Enschede, Niederlande), Apppex GmbH (München, Deutschland) und Fischer Advanced Composite Components (FACC, Ried im Innkreis, Österreich). Der Gesamtbeitrag der EU betrug 254.775 €.