Gezielte Einstellung gradierter Eigenschaften unter Nutzung der in-situ Hybridisierung zur Herstellung eigenschaftsoptimierter, thermoplastbasierter Faser-Metall Laminate

Das Ziel des Erstantrages war die Entwicklung eines einstufigen Prozesses zur Herstellung von dreidimensional geformten Faser-Metall-Laminaten (FML), was durch Grundlagenversuche und die Herstellung von Demonstratorbauteilen erfüllt werden konnte. Hierdurch können die Herstellungszeit und –kosten gesenkt und die Umformbarkeit von FML gesteigert werden. Es wurden hierfür die zwei industriellen Prozesse Tiefziehen und Resin Transfer Molding (RTM) kombiniert. Dazu wurde eine reaktive thermoplastische Matrix während des Umformprozesses injiziert, welche nach der Umformung polymerisiert und die Grenzfläche zu den metallischen Deckblechen ausbildet. Hierdurch können die Halbzeugform und -werkstoff frei gewählt, sowie kombiniert, werden. Die Bauteile sind jedoch nicht belastungsgerecht ausgelegt, so dass das Gewichtseinsparpotenzial nicht optimal ausgenutzt wird. In der zweiten Phase wird das Ziel verfolgt, das Potential dieser Kombinationsmöglichkeiten so gezielt zu nutzen, dass der Prozess für die Fertigung belastungsangepasster Bauteile befähigt wird. Hierdurch werden belastungsangepasste Bauteile hergestellt, indem gezielt Werkstoff an der benötigten Stelle und in der gewünschten Orientierung positioniert wird, wie es auch in der Blechumformung unter dem Begriff „tailored blanks“ bekannt ist. Die sich ergebende hybride Architektur kann nicht mehr als homogen bezüglich der Infiltration betrachtet werden. Hierfür ist die genaue Kenntnis des Fließverhaltens der Matrix während der Umformung entscheidend. Dieses konnte im Erstantrag nur indirekt durch experimentelle Formfüllstudien untersucht werden. Der Fokus der zweiten Phase soll daher die experimentelle und numerische Beschreibung des Fließverhaltens auch für die Infiltrierung belastungsangepasster Bauteile sein. Hierfür ist nun von hoher Wichtigkeit, die Formfüllsimulation in die Prozesssimulation zu integrieren, da die Bereiche mit unterschiedlicher Lagenanzahl unterschiedliche Infiltrationseigenschaften besitzen. Um dies numerisch abbilden zu können, werden detaillierte Informationen über die Permeabilität der verwendeten Fasertextile in Abhängigkeit des Faservolumengehaltes benötigt, welcher sich in Folge von Drapierung und Kompaktierung einstellt. Entsprechend ist die Formfüllsimulation mit der simultan ablaufenden Drapier-/Umformsimulation zu kombinieren. So lässt sich nicht nur für eine homogene Zwischenlage, sondern auch für inhomogene Zwischenlagen die Formfüllung während des Prozesses und ihr Einfluss auf das Umformverhalten nachverfolgen, was zu einem erheblichen Mehrwert für das Prozessverständnis dieses Verfahrens führt.

Das Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.