Komplexe, funktionalisierte Bauteile auf Basis faserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe lassen sich heute schon mit integrierten Fertigungsverfahren in kurzen Zykluszeiten herstellen. Jedoch gelingt die wirtschaftliche Fertigung von Prototypen oder Kleinserien aufgrund der hohen Werkzeugkosten bisher nicht.
Deshalb entwickelt das Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen gemeinsam mit Projektpartnern im Rahmen des BMBF‑Verbundprojekts „LightFlex“ ein neuartiges, photonikbasiertes Fertigungsverfahren zur Steigerung der Flexibilität und geometrischen Komplexität für die Prototypen- und Kleinserienfertigung.
Kernentwicklung des neuartigen Herstellprozesses stellt das kombinierte Füge- und Umformverfahren einer zuvor additiv gefertigten Polyamid-Funktionsstruktur mit faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen (TP-FVK) dar. Während die TP‑FVK-Komponente, beispielsweise ein Organoblech, in einem Infrarotstrahler-Feld erwärmt wird, erfolgt die oberflächennahe Aufheizung der additiv gefertigten Strukturen mithilfe eines 1 kW-Lasers der Firma Laserline GmbH, Mühlheim-Kärlich. Dank der Kombination des Lasers mit einem von der Arges GmbH, Wackersdorf, zur Verfügung gestellten 3D-Laserscannkopf ist der Fokus des Lasers inline in alle Richtungen verschiebbar. Nur so lässt sich gewährleisten, dass eine definierte, oberflächennahe Aufschmelzung auch bei unebenen und komplexen Geometrien stattfindet.
Nach der erfolgreichen Integration von Laser und Laserscannkopf in die am IKV vorhandene Thermoformlinie beschäftigen sich die Forscher jetzt mit dem Zusammenspiel der unterschiedlichen Prozessparameter und ihren Auswirkungen auf die Qualität des Endproduktes. Interessant sind beispielsweise der Einfluss von Strahlertemperatur, Aufheizzeit und Heizbeginn sowie die Laserleistung, Überfahrgeschwindigkeit und Anzahl der Überfahrten.
Durch das Verfahren ist es erstmals möglich, individuelle faserverstärkte Bauteile auch in kleinen Serien wirtschaftlich herzustellen.