Anwendungszentrum für Holzfaserforschung HOFZET®

Aktuelles

Januar 2018

Robotergesteuerte Faserspritzanlage

Für die Erzeugung innovativer Bauteile aus Faserverbundwerkstoffe hat das Anwendungszentrum für Holzfaserforschung HOFZET® eine Faserspritzanlage in ihren Bestand aufgenommen. Diese setzen wir ein um »Tailored Composites« herzustellen. Hierbei passen wir gezielt Flächengewicht, Fasertyp, Faserschnittlänge sowie Faserorientierung an die Bauteilgeometrie an. Mithilfe der Faserspritzanlage entwickeln und realisieren wir neuartige (Bio-/Hybrid-) Faserverbundwerkstoffe und integrieren die Technologie in entsprechende Prozessketten. Neben den herkömmlichen Hochleistungsfasern, wie Carbon, Glas oder Aramid können mit der Faserspritzanlage auch cellulosebasierte Fasern, wie Viskose, Flachs, Hanf, etc. prozesssicher geschnitten und aufgesprüht werden. Als Matrices kommen duroplastische Harzsysteme oder Hybridgarne die bereits mit einem Thermoplast kombiniert sind zum Einsatz.

© Fraunhofer WKI | Madina Shamsuyeva

Die robotergesteuerte Faserspritzanlage in einer Lackierkabine und im äußeren Bereich das Spulengatter

Durch gezielte Forschung werden mit dem Verfahren schnell und einfach Materialien miteinander kombiniert. Hierzu bedarf es wenig vorgeschaltete Prozessstufen, da die Ausgangsmaterialien einfache Rovings bzw. Garne und jeweilige Kunststoffkomponenten sind. Somit können wir neue maßgeschneiderte Materialeigenschaften entwickeln und individuell an das Bauteil anpassen. Mit dem Verfahren realisieren wir eine gezielte lastpfadorientierte Bauteilherstellung. Kostspielige Hochleistungsfasern sollen nur dort im Bauteil verarbeitet werden, wo eine hohe Festigkeit bzw. Steifigkeit erforderlich ist. Übrige Zonen werden über andere Faserarten (z. B. Naturfasern) abgedeckt, die weitere Vorteile, wie z. B. günstigeren Preis, gutes Schwingungsverhalten und eine bessere Ökobilanz, aufweisen.

Neben der Herstellung von Bauteilen forschen wir auch an die Verstärkung und Versteifung von bereits existierenden Strukturen. Somit können z. B. 2D-Organobleche bereits vor der Umformung mit dem Verfahren besprüht werden, dies führt zu einer erhöhten Festigkeit und Funktionalisierung. Bei der Organoblechumformung kommt es aufgrund einer begrenzten Drapierbarkeit oftmals zu Bauteilfehlern, bei dem wir mit Hilfe der Faserspritzanlage gezielt nachbessern können. Zudem können bereits existierende Metallbauteile besprüht und auf diese Weise verstärkt werden. Die Wandstärke der Metallbleche werden so gesenkt und ein höheres Leichtbaupotential entsteht.

Die Faserspritzanlage steht im Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg. Im Rahmen der »Open Hybrid Lab Factory e.V. (OHLF)« wird hier die gesamte Prozesskette für Leichtbaustrukturen im Automobil entwickelt und für die Großserienproduktion erprobt. Die Faserspritzanlage ist Teil der »Textilen Fertigungskette«. Aktuell kommt sie unter anderem in unserem Forschungsprojekt »ProBio« zum Einsatz.

© Fraunhofer WKI | Madina Shamsuyeva

Der 6-Achsen-Roboter mit der Schneid- und Sprüheinheit und dem 2-Achsen-Dreh-/Schwenktisch für die Bauteilbefestigung mit ihren Steuerungselementen

© Fraunhofer WKI | Madina Shamsuyeva

Geschnittene Naturfasern abgelegt auf den geschwenkten Drehtisch

Technische Daten

  • Reproduzierbares, industrielles Schneiden von Naturfasern, Kohlenstofffasern, Hybridfasern, spröden Fasern (Glas, Basalt), zähelastischen Fasern (Viskose, thermoplastischen Kunststofffasern), etc.
  • Transport von vier Garnen bzw. Rovings gleichzeitig über separate Schläuche
  • Schnittleistung je nach Faserart: 5 bis 25 kg/h
  • Prozesssichere Faserlänge: 1-100 mm
  • Stufenlos variable Schnittlänge »on the fly« im laufenden Prozess
  • Einsatz handelsüblicher sowie »neuentwickelter« Polymermatrices (Epoxidharz, ungesättigte Polyesterharze, etc.)
  • Verarbeitung von 2K-Harzsystemen
  • Viskosität: < 3000 mPas