Thermoplast-Verbunde Laser erhöht Effektivität der Tapewickelverfahren

Laser ermöglichen ein schnelles, gezieltes und effizientes Aufschmelzen thermoplastischer Matrix in Faserverbundkunststoffen. Das sorgt beim robotergestützten Tapewickeln und -legen für hohe Geschwindigkeit und somit verbesserte Wirtschaftlichkeit. Die geregelte Prepregerwärmung beeinflusst die Bauteilqualität positiv.

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Ausgehend von der Entwicklung in der Luft- und Raumfahrttechnik werden heute Faserverbundkunststoffe mit stetig steigendem Anteil in nahezu allen industriellen Bereichen eingesetzt, in denen die Gewichtsreduzierung von zentralem Interesse ist. Hohe Steifigkeit und Festigkeit bei niedrigem spezifischen Gewicht kennzeichnen die Faserverbundkunststoffe (FVK), die durch Verbund aus endlosen Verstärkungsfasern und polymerer Matrix hergestellt werden. Darin begründet sich deren exzellentes Leichtbaupotenzial.

Im Gegensatz zur isotropen Struktur konventioneller Werkstoffe kann eine belastungsgerechte Orientierung der lastaufnehmenden Verstärkungsfasern zu einer zusätzlichen Gewichtsreduzierung eines Bauteils führen. Dadurch lässt sich den hohen Anforderungen an die Funktions- und Leistungsfähigkeit unterschiedlicher Produktklassen Rechnung tragen. Von den FVK-Eigenschaften profitieren beispielsweise rotationssymmetrische Druckbehälter und Rohre, aber auch flächige Flugzeugbauteile.

Gezielter, effizienter Wärmeeintrag verbessert die Bauteilqualität

Wird zur Erwärmung thermoplastischer Prepregs (schmale Bänder aus Fasern und Matrix) ein Laser verwendet, ergeben sich Vorteile bei der Verarbeitung. So wird mithilfe des Lasers gezielt und effizient Energie in das Prepreg eingebracht – bei hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit. Dadurch ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad und infolgedessen eine hohe Wirtschaftlichkeit. Weiterhin kann der Laser in Kombination mit einer exakten Temperaturerfassung den Wärmeeintrag ins Prepreg hochgenau und schnell regeln.

So ermöglicht der Laser als Heizquelle die Umsetzung einer Online- Prozesstemperaturmessung des Prepregmaterials. Dies ist realistisch, weil die Laserstrahlung keine störenden Einflüsse auf die mithilfe von Infrarotpyrometern durchgeführte Temperaturmessung ausübt. Von der hochgenauen, schnellen Regelung des Wärmeeintrags profitiert letztendlich die Bauteilqualität.

Grundprinzip des laserunterstützten Ablegens beim Tapewickeln und -legen identisch

Das laserunterstützte Ablegen von Prepregs kann zum einen für die Herstellung von Wickelbauteilen wie Rohren, Zylindern und Druckbehältern angewendet werden, zum anderen für flächige Bauteile. Man spricht dabei vom Tapewickel- oder -legeverfahren. Das Grundprinzip des laserunterstützten Ablegens ist beim Tapewickeln und -legen identisch.

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