Simulationen unterstützen die Entwicklung neuer Fertigungstechnologien für thermoplastische Verbundwerkstoffe
Herkömmliche Verfahren zur Fertigung großer Bauteile aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen für den Transportsektor benötigen viel Energie. Die schnelle Erwärmung der Gusswerkzeuge auf die erforderliche Temperatur sowie ihre schnelle Abkühlung erfordern einen hohen Energieaufwand. Diese Vorgehensweise ist äußerst kostenintensiv und ökologisch nachteilig. Bei dem AMITERM-Projekt handelte es sich um eine vom GROWTH-Programm finanzierte europäische Initiative, im Rahmen derer zwei neue Gusstechnologien entwickelt wurden, mit denen der Energieaufwand bei der Herstellung von Bauteilen aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen reduziert werden konnte. Für den neu entwickelten JETex-Prozess, bei dem zur schnellen Erwärmung der nichtmetallischen Gussform Mikrowellenenergie verwendet wird, wurde ein thermo-chemo-mechanisches Modell entwickelt. Zur Simulation des neuen HTex-Prozesses wurde ebenfalls ein Modell erarbeitet. Beim HTex-Prozess kommen vorimprägnierte zwei- oder dreidimensionale Textileinlagen, die aus hybriden Garnstrukturen bestehen, zur Verwendung. Diese werden in einer spezifischen Gussform positioniert, bevor sie erhitzt und komprimiert werden. Diese beiden Technologien ermöglichen die Hochgeschwindigkeitsfertigung mit einer Zykluszeit von nur 6 Minuten. Herkömmliche duroplastische Bauteile benötigen eine Zykluszeit von 60 Minuten. Die hier verwendeten Modelle wurden von Projektpartnern des Swedish Institute of Composites (SICOMP) und des Institute for Fibre and Polymer Research (IFP) entwickelt. Die schwedischen Wissenschaftler haben sowohl den Füllvorgang der Formen wie auch die Strömung der nicht-newtonschen Flüssigkeit simuliert. Vom Team wurde zudem eine neue Technik zur Sicherstellung der Wärmeleitung im Kontaktbereich zwischen den Metallwerkzeugen und den Verbundmaterialien entworfen. Die hieraus gewonnenen Daten wurden in die Simulationen des JETex- und des HTex-Prozesses einbezogen. Das AMITERM-Projekt kann dazu beitragen, duroplastische Harze durch thermoplastische Matrizen zu ersetzen, welche aufgrund der Verwendung des JETex- und HTex-Technologie verbessert wurden. Thermoplastische Matrizen können schneller hergestellt werden und die Lebensdauer der verwendeten Bauteile erhöhen. Die Anwendung dieser beiden neuen Gusstechnologien in Verbindung mit thermoplastischen Harzen wird durch eine Reduzierung der Belastung mit Dämpfen, Harzfasern, Staub und flüchtigen Stoffen darüber hinaus dazu beitragen, die Gesundheitsrisiken für die Mitarbeiter zu reduzieren.
