Preforming-Zelle auf Basis von Einzelfasermanipulation

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508954384

Am Institut für Flugzeugbau (IFB) der Universität Stuttgart werden Leichtbaustrukturen und innovative Fertigungstechniken auf dem Gebiet der Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe (FVW) grundlagenorientiert erforscht, entwickelt und in anwendungsnahe Prototypen überführt. Dafür werden parallel virtuelle Auslegungs- und Berechnungsmethoden erstellt, ressourceneffiziente und nachhaltige Material- und Produktherstellungsprozesse entwickelt und mit Hilfe zertifizierter Prüftechniken validiert. Für den Forschungsbereich Leichtbau-Simulation und Fertigungstechnik von FVW beantragt das IFB eine integrative Preforming Zelle auf Basis von Einzelfasermanipulation, um zukünftig neue Forschungsansätze für FVW-Strukturen in der Luftfahrt zu erschließen. Die integrative Preforming-Zelle auf Basis der Einzelfasermanipulation hat das Ziel, unterschiedliche Verarbeitungstechniken, sogenannte Verarbeitungsmodule von Einzelfasern zu einer sich schnell konfigurierbaren, verketteten, vernetzten, sich selbst überwachenden und sensorisch gestützten Produktionsumgebung für Komponenten aus FVW auf Laborebene zu vereinen. Die gezielte und sensorisch überwachte Manipulation und Führung eines oder mehrerer gerichteter Verstärkungsfäden während der Verarbeitung zeichnet die Einzelfasermanipulation aus, um gezielt einstellbare Faserarchitekturen der lastpfadgerechten und endkonturnahen Formteile zu generieren. Die Verstärkungsfasern sollen dabei in Form von Rovings, Garnen, gespreizten und bebinderten Tapes (inkl. Thin-Ply) und TowPregs verarbeitet werden können, um zukünftige Faserhalbzeuge für Hochleistungsanwendungen zu erforschen. Zur Fertigung ebener, flächiger und endkonturnaher Formteile werden additive Einzelfaserlegeverfahren eingesetzt, die neben gekrümmten, konturfolgenden Faserpfaden ebenso gerade, unidirektionale Faserbahnen erzeugen können. In einem weiteren Verarbeitungsmodul sollen dreidimensionale hohlförmige Faserarchitekturen durch eine neue Spulenträgertechnologie im Flechtprozess geschaffen werden. Die frei konfigurierbare Einzelfasermanipulation im Radialflechtprozess soll durch den erstmaligen Einsatz elektronischer Klöppeleinheiten, die für diese Zelle auf Basis von institutseigenen Vorarbeiten entwickelt werden sollen, erzielt werden. Die dadurch im Prozess variabel einstellbare Fadenkraft führt neben einer signifikanten Verschiebung der aktuellen Prozessfenster zu völlig neuen lastgerechten Faserarchitekturen. Durch die im Flechtprozess veränderliche Fadenkraft sowie die Möglichkeit eines gezielten Materialvorschubs und -rückzugs können somit auch bisher nicht flechtbare Bauteilgeometrien prozessiert werden. Als Basis für einen Software-Defined Manufacturing Ansatz sollen die Anlagenmodule über eine IoT-Platform digital verknüpft werden. Die kontinuierliche Prozessdatenerfassung, Speicherung und parallelen Auswertung bieten eine seither nicht vorhandene Grundlage für die Erforschung zukünftiger digital gestützte Produkt- und Prozessentwicklungen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Preforming-Zelle auf Basis von Einzelfasermanipulation
• Gerätegruppe: 2960 Spezielle Prüfmaschinen für Textilien
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Peter Middendorf