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INNOVATIVE SMART COMPOSITE MOULDS FOR COST-EFFECTIVE MANUFACTURING OF PLASTIC AND COMPOSITE COMPONENTS

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Formen aus Verbundwerkstoff für Produkte aus Verbundstoff

Kunststoffe und Verbundwerkstoffe haben Produkte und Anwendungen in zahlreichen Branchen verbessert, von der Automobilindustrie bis hin zu Biomedizin und Verbraucherelektronik. Eine intelligente Formungstechnologie für Verbundstoffe wird den Stand der Technik vorantreiben und die Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller verbessern.

Industrielle Technologien

Für Kunststoff- und Verbundteile werden üblicherweise verschiedene Arten von Formungsverfahren eingesetzt. Die Formen dafür wurden herkömmlicherweise aus Metall hergestellt worden. Formen aus Verbundwerkstoff (Komposit) sind auf dem Vormarsch, aber vor allem in Fertigungsprozessen mit relativ einfachen Bedingungen. Um die Temperaturverträglichkeit der Komposit-Formen zu erhöhen und so neue Märkte zu erschließen, sind wichtige Fortschritte in der Werkzeugtechnik erforderlich. Ein großes europäisches Konsortium entwickelte im Rahmen des EU-finanzierten Projekts COEUS-TITAN (Innovative smart composite moulds for cost-effective manufacturing of plastic and composite components) die benötigte Technologie. Für das Erhitzen der Form und ihres Inhalts fügten die Wissenschaftler leitende Kohlefasern in der Nähe der Oberfläche der Form hinzu, zwischen einer Reihe von nano-dotierten Schichten mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Dies ermöglichte eine maximale Wärmeübertragung auf das Harz, um den Energieverbrauch zu reduzieren. Das Team entwickelte auch Sensoren für Durchfluss, Temperatur und Härtung, um eine vollautomatische Prozesssteuerung in Kombination mit Analysetools für Prozessparameteroptimierung zu ermöglichen. Ein neues Kühlsystem bestand aus einem Netz von Leitungen, die der Kontur des Werkstücks folgt. Durch die Leitungen zirkuliert Wärmeübertragungsflüssigkeit, um die Wärme aus dem System zu absorbieren. Zwei unterschiedliche piezoelektrische Aktoren, wurden auf ihre Fähigkeit, den Harzfluss mittels elektrisch induzierter Mikrovibrationen zu verbessern, ausgewertet. Schließlich verbesserte eine neue metallische Beschichtung auf Basis von Nano- und mineralischen Füllstoffen die chemische Beständigkeit gegenüber den Harzen und erleichterte im Schadensfall die Reparatur. Die finale Ausstattung integrierte alle entwickelten Technologien und testete sie anhand eines experimentellen Infusionsprotokolls. Weitere Optimierungen werden voraussichtlich zu einem Durchbruch beim Design von intelligenten Komposit-Formen und erweiterten Formfunktionen führen. Hersteller werden die kosteneffiziente Werkzeugtechnik für das anspruchsvolle Harz-Injektionsverfahren (RTM) verwenden können. Diese Technik wird zunehmend genutzt, um glatte Bauteile mit großen Flächen und komplexen Formen herzustellen, beispielsweise in der Luftfahrtindustrie. Es ermöglicht auch die Verwendung von innovativen Harzen, die bei herkömmlichen Formverfahren höhere Temperaturen erfordern. Insgesamt sollte die Vermarktung der intelligenten Komposit-Form die Wettbewerbsfähigkeit der für Kunststoff- und Verbundwerkstoffhersteller deutlich erhöhen.

Schlüsselbegriffe

Verbundformen, Komposit, Kunststoffe, Formen, Herstellung

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