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000794951 245__ $$aAdditive Prozesskette zur Herstellung von thermoplastischen Faserverbundbauteilen-Hybridbauteilen$$cHenning Janssen$$honline, print
000794951 246_3 $$aAdditive process chain for the production of thermoplastic fiber composite hybrid components$$yEnglish
000794951 250__ $$a1. Auflage
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000794951 300__ $$a1 Online-Ressource (VIII, 164 Seiten) : Illustrationen, Diagramme
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000794951 4900_ $$aErgebnisse aus der Produktionstechnik$$v14/2020
000794951 500__ $$aAuch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
000794951 502__ $$aDissertation, RWTH Aachen University, 2020$$bDissertation$$cRWTH Aachen University$$d2020$$gFak04$$o2020-03-13
000794951 5203_ $$aAus dem derzeitigen Stand der Erkenntnisse lässt sich ein Bedarf für eine wirtschaftliche und flexible Fertigung von maßgeschneiderten Faserverbundbauteilen auf Basis von unidirektionalen thermoplastischen Halbzeugen ermitteln. Diese Dissertation leistet dazu einen Beitrag, indem eine additive Prozesskette zur Herstellung von thermoplastischen Faserverbund-Hybridbauteilen erforscht wird. Die besondere Herausforderung bei der Fertigung von FVK-Bauteilen besteht darin, dass zwei verschiedene Materialphasen verarbeitet werden müssen und sich die Prozessschritte untereinander stark beeinflussen. Im Sinne des Wertschöpfungsmanagements bieten thermoplastische Tapes eine besondere Chance, die Halbzeugproduktion von der diskreten Bauteilfertigung zu entkoppeln, und trotzdem über eine ausreichendhohe Flexibilität zu verfügen. Aufbauend auf physikalischen Modellen der einzelnen Prozessschritte, Imprägnieren, Ablegen und Temperieren, wird eine Optimierung der Prozesskette, z. B. hinsichtlich der Tapeabmaße, durchgeführt. Dies beinhaltet ebenso eine Betrachtung der Prozessrobustheit, die anhand eines statistischen Modells der in-situKonsolidierung bewertet wird, wie auch die Untersuchung verschiedener Möglichkeiten zur Skalierung der Produktivität und deren Auswirkungen auf die Gesamtanlageneffektivität. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Entwicklung einer Anlagentechnik für die Herstellung von belastungs- und verschnittoptimierten Laminaten ein. Das resultierende, hochintegrierte Anlagenkonzept verfügt über ein IR-basiertes Ablegesystem, welches für die Herstellung ebener Laminate durch in-situ Konsolidierung optimiert ist und sich kostengünstig vervielfältigen lässt. Diese prototypische Anlage wird zur Prozessentwicklung und Laminatfertigung herangezogen. Auf Tapeebene kann nachgewiesen werden, dass die IR-unterstützte Tapeablage sowohl einen robusten Konsolidierungsprozessals auch eine verschnittminimierte Verarbeitung von unidirektionalen Tape sermöglicht. Eine ausführliche Charakterisierung der Laminate, zeigt, dass die mechanischen Eigenschaften mit Laminaten aus konventionellen Prozessen vergleichbar sind. Für die Verarbeitung der hergestellten Laminate zu Thermoplast-Hybridbauteilen wird eine neuartige Verfahrenskombination untersucht. Diese besteht aus einem Thermoformprozess, bei dem das Laminat hauptzeitparallel mit einer Thermoplast-Funktionsstrukturgefügt wird. Anhand einer exemplarisch geformten Trägerstruktur in Multimaterialbauweisewird aufgezeigt, dass eine stoffschlüssige Verbindung beider Fügepartnerdurch eine gezielte Prozessführung ermöglicht werden kann. Eine abschließende Bewertung der Hybridbauteile sowie der erforschten Prozesskette beantwortet die Forschungsfrage, dass eine wirtschaftliche Herstellung von belastungs- und verschnittoptimierten Laminaten aus unidirektionalen Tapes mittels in-situ Konsolidierung und deren Verarbeitung zu Hybridbauteilen möglich ist.$$lger
000794951 520__ $$aAccording to the current state of art, a strong demand exists for an economic and flexible production of tailor-made fibre composite components based on unidirectional thermoplastic semi-finished products. This thesis contributes to this topic with the research and development of an additive process chain for the production of thermoplastic fiber composite hybrid components. The main challenge in the production of FRP components is the processing of two different material phases. This yields to a strong influence of the single process steps on each other. In terms of value chain management, thermoplastic tapes offer a special opportunity to decouple the production of semi-finished products and materials from discrete component production and still have a sufficiently high degree of flexibility. Based on the physical models of the individual process steps impregnation, draping and heating, the process chain is optimized. This also includes a consideration of the process robustness, which is evaluated with a statistical model of the in-situ consolidation process, as well as the investigation of various possibilities for upscaling of the productivity and their effects on the overall equipment effectiveness. The gained knowledge leads to the development of a system technology for the production of load- and waste-optimized laminates. The resulting, highly integrated machine concept consists of an IR-based deposit system, which is optimized for the production of flat laminates by in-situ consolidation. It can be reproduced cost-effectively. This prototype machine system is used for process development and laminate production. On tape level it can be proven that the IR-assisted tape laying enables a robust consolidation process as well as a cut-minimized processing of unidirectional tapes. A detailed characterization of the laminates shows that the mechanical properties are comparable with laminates from conventional processes. A novel process combination is investigated for the processing of the manufactured laminates into thermoplastic hybrid components. This consists of a thermoforming process in which the laminate is joined with a thermoplastic functional structure in parallel to the main processing time. The additive rib structure also has the function of the forming stamp, so that only a single-sided, cost-effective metal die is required. By using a multi material reinforced composite structure, it is shown that a fusion-based connection of both joining partners can be achieved. A final evaluation of the hybrid components and the researched process chain answers the research question whether it is possible to manufacture load- and waste-optimized laminates from unidirectional tapes economically using in-situ consolidation. Furthermore, their processing into hybrid components is validated.$$leng
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