Einfluss prozessspezifischer Designparameter des Thermoplastischen Automated Fiber Placements auf die Bauteilqualität in Abhängigkeit der Prozesskette

Der Trend in der Luftfahrtbranche hin zum Einsatz von endlosfaserverstärkten Kunststoffen mit thermoplastischen Matrixsystemen erfordert die Entwicklung geeigneter Fertigungstechnologien. Das roboterbasierte Automated Fiber Placement vereint hohes Automatisierungspotenzial mit robuster Prozesstechnik und ist für die Verarbeitung von duromerbasierten Prepregs bereits etabliert. Für thermoplastische Prepregs kann das Verfahren in verschiedenen Prozessketten eingesetzt werden, der Technologiereifegrad muss jedoch zum jetzigen Stand im Vergleich zu duromeren Prepregs als geringer bewertet werden. So mangelt es insbesondere an Tiefenverständnis, wie sich die Prozessparameter und die zentralen Designparameter der prozessspezifischen, tow-diskreten Faserarchitektur des thermoplastischen Automated Fiber Placement (TAFP) auf die Bauteilqualität auswirken. Ziel dieser Arbeit war die Adressierung dieser Forschungslücke durch experimentelle Untersuchungen auf Couponebene.

Die Ergebnisse dieser Arbeit schaffen Verständnis hinsichtlich der Einflüsse der zentralen, prozessspezifischen Designparameter auf die Bauteilqualität in TAFP-basierten Prozessketten und geben Empfehlungen hinsichtlich der Erstellung entsprechender Designguides. Dies umfasst materialspezifische Grenzwerte des minimalen Krümmungsradius für Bahnkurven, sowie generelle Hinweise zur Ausführung von Sektorkonvergenzzonen in Abhängigkeit der Prozesskette. Dadurch leistet die Arbeit einen Beitrag zur zukünftigen Nutzung von komplexen Faserarchitekturen in TAFP, welche konsequente Ausnutzung des mechanischen Potenzials von unidirektionalen Materialien durch lastpfadgerechtes Design ermöglichen. Für den zukünftigen Einsatz der entwickelten Charakterisierungsmethoden bietet sich, neben einer Ausweitung der Untersuchungen auf andere Materialsysteme, eine Anwendung im Prozess Engineering und der Qualitätssicherung an.