In der Herstellung von Verbundwerkstoffen gibt es verschiedene Verfahren, die je nach Anwendung und Materialanforderungen eingesetzt werden. Einige der von uns angebotenen Verfahren sind:

• Prepreg-Autoklav-Technologie: Dieses Verfahren verwendet vorimprägnierte Fasermaterialien (Prepregs), die bereits mit Harz durchtränkt sind. Die Prepregs werden in Schichten in eine Form eingelegt und dann in einem Autoklaven bei hohen Temperaturen und unter Druck gehärtet. Dieses Verfahren bietet ausgezeichnete Kontrolle über die Faser- und Harzverteilung und resultiert in hochpräzisen und leistungsfähigen Bauteilen, die oft in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.
• Resin Transfer Moulding (RTM): Bei diesem Verfahren werden trockene Verstärkungsfasern in eine geschlossene Form eingelegt, und Harz wird unter Druck in die Form injiziert, um die Fasern zu imprägnieren. RTM ermöglicht die Herstellung komplexer und großformatiger Bauteile mit hoher Oberflächenqualität und ist geeignet für mittlere bis große Produktionsserien, etwa im Automobilbau.
• Heizpressverfahren: Dieses Verfahren nutzt Wärme und Druck, um Verbundwerkstoffe zu formen und zu härten. Schichten von Fasern und Harz werden in eine beheizte Presse eingelegt und unter hohem Druck geformt und ausgehärtet. Das Heizpressverfahren ist effizient für die Massenproduktion und wird oft zur Herstellung von Flachprodukten und plattenförmigen Bauteilen eingesetzt.
• Imprägnierwalzwerk: Hierbei handelt es sich um ein kontinuierliches Verfahren, bei dem Verstärkungsfasern durch eine Harzbühne geleitet werden und dabei mit Harz imprägniert werden. Die imprägnierten Fasern werden anschließend durch beheizte Walzen geführt, um den Aushärtungsprozess zu kontrollieren. Dieses Verfahren ermöglicht eine schnelle und gleichmäßige Harzverteilung und wird häufig in der Herstellung von Prepreg-Bändern eingesetzt.

Dispergierverfahren sind entscheidend für das Mischen von Partikeln oder Fasern in einer flüssigen Matrix, um eine homogene Verteilung der Komponenten zu erreichen. Zwei gängige Dispergierverfahren sind das Dreiwalzwerk und der Sonifikator:

Dreiwalzwerk: Dieses Verfahrenswerkzeug wird häufig in der Farben-, Lack- und Kosmetikindustrie eingesetzt. Es besteht aus drei horizontalen Walzen, die in entgegengesetzter Richtung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren. Das Material wird zwischen den Walzen eingespannt und wiederholt gesheert, wodurch Agglomerate aufgebrochen und die Partikel gleichmäßig verteilt werden. Dieser mechanische Dispergierprozess ermöglicht eine hervorragende Kontrolle der Partikelgröße und führt zu einer feinen und homogenen Dispersion.

Sonifikator: Diese Technik beruht auf der Anwendung von Ultraschallenergie, um Partikel zu dispergieren. Der Sonifikator erzeugt hochfrequente Ultraschallwellen, die Kavitationsblasen im flüssigen Medium erzeugen. Das Implodieren dieser Blasen führt zu intensiven Mikromischaktionen, die Agglomerate zerteilen und somit eine gleichmäßige Partikelverteilung erreichen. Der Sonifikator ist besonders effektiv für die Dispergierung von Nanopartikeln und die Herstellung von Emulsionen.

Fertigungsmaschinen: Diverse Dreiwalzwerke der Firma Exakt

Beim FDM-3D-Druck wird ein thermoplastischer Kunststoff in Form eines Filaments verwendet. Das Filament wird durch einen Extruder geführt, erhitzt, bis es schmilzt, und anschließend durch eine Düse auf eine Bauplattform extrudiert. Die Druckdüse bewegt sich entlang einer computergesteuerten Bahn und trägt das geschmolzene Material Schicht für Schicht auf. Jede Schicht härtet schnell aus und verbindet sich mit der darunterliegenden Schicht, bis das gesamte Objekt fertiggestellt ist.

• FDM-3D-Druck: FDM-3D-Drucker können mit verschiedenen thermoplastischen Materialien arbeiten, darunter PLA, ABS und PETG, die unterschiedliche mechanische Eigenschaften und Anwendungsbereiche bieten. Dieses Verfahren ist bekannt für seine einfache Handhabung, Kosteneffizienz und die Möglichkeit, komplexe Geometrien ohne umfangreiche Nachbearbeitung zu erstellen. Es eignet sich hervorragend für funktionale Prototypen, Konzeptmodelle und kleine Serienproduktionen. Die Technologie hat jedoch Einschränkungen bei der Detailauflösung und Oberflächengüte im Vergleich zu anderen additiven Fertigungsverfahren.
• Filament Extrusion: Die Thermoplast-Extrusion für die Herstellung von 3D-Druck-Filamenten ist ein spezialisierter Prozess, der das Ausgangsmaterial für FDM-3D-Drucker produziert. Dieses Verfahren nutzt die Eigenschaften von thermoplastischen Polymeren, um Filamente mit konsistenter Qualität und präzisen Abmessungen herzustellen, die für den 3D-Druck geeignet sind.

Fertigungsmaschinen: 3DEvo Filament Maker, Diverse FDM-3D-Drucker

Die Verarbeitung von Kunststoffen und Verbundwerkstoffen durch spanende und nachbearbeitende Verfahren wie Sägen, Fräsen, Schleifen und Polieren ist entscheidend, um präzise Bauteile mit den gewünschten geometrischen und ästhetischen Eigenschaften herzustellen. Diese Verfahren bieten Flexibilität und Genauigkeit bei der Endbearbeitung:

• Sägen: Beim Sägen werden Kunststoffe und Verbundwerkstoffe durch drehende oder schwingende Sägen geteilt. Dieses Verfahren ermöglicht schnelle und gerade Schnitte und wird häufig verwendet, um Plattenmaterialien auf die erforderliche Größe zuzuschneiden. Unterschiedliche Sägeblätter sind verfügbar, um saubere Schnitte ohne Grate oder Beschädigungen zu gewährleisten.
• Fräsen: Fräsen ist ein vielseitiges Verfahren, bei dem drehende Schneidwerkzeuge verwendet werden, um komplexe Formen und präzise Konturen in Kunststoffen und Verbundwerkstoffen zu erstellen. Es wird oft für das Formen, Bohren und zur Herstellung von Taschen und anderen detaillierten Strukturen eingesetzt, wobei CNC-Maschinen hohe Präzision und Wiederholbarkeit bieten.
• Schleifen: Schleifen nutzt abrasive Werkzeuge, um Oberflächen zu glätten, die Maßhaltigkeit zu verbessern oder überschüssiges Material zu entfernen. Es wird eingesetzt, um Oberflächendefekte zu minimieren und eine gleichmäßige Textur zu schaffen. Schleifen wird sowohl für Flach- als auch für Rundbearbeitungen angewendet.
• Polieren: Polieren dient der Verfeinerung der Oberfläche, um eine hohe Glätte und Glanz zu erreichen. Für Kunststoff- und Verbundwerkstoffoberflächen werden unterschiedliche Poliermittel und -scheiben eingesetzt, um die ästhetische Qualität zu verbessern und optische Klarheit zu erzielen. Polieren kann auch zur Entfernung feiner Kratzer und zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Witterungs- und chemische Einflüsse beitragen.

Fertigungsmaschinen: ATM Brillant Sägen, ATM Saphir Schleif- und Poliermaschinen, ISEL Fräsen

Die Oberflächenbehandlung von Kunststoffen und Verbundwerkstoffen verbessert deren Adhäsionseigenschaften, Haltbarkeit und ästhetische Qualität, indem die oberste Materialschicht modifiziert wird. Zu den gängigen Verfahren in diesem Bereich gehören:

• Plasmabehandlung: In einer Plasmaanlage wird die Materialoberfläche mit einem hochenergetischen Gasplasma behandelt. Dies verändert die chemische und physikalische Struktur der Oberfläche, erhöht die Oberflächenenergie und verbessert somit die Haftung von Beschichtungen, Farben und Klebstoffen. Diese umweltfreundliche Technik ist präzise steuerbar und hinterlässt keine chemischen Rückstände.
• Chemisches Ätzen: Hierbei wird die Oberfläche des Materials in eine Ätzlösung getaucht oder damit besprüht, die kontrolliert Material abträgt. Dies schafft eine raue Oberfläche, die die mechanische Verankerung von Beschichtungen verbessert. Chemisches Ätzen wird häufig eingesetzt, um Oxide, Fette oder andere Verunreinigungen zu entfernen und die Adhäsion von Farben oder Klebstoffen zu steigern.
• Sol-Gel-Prozess: Dieser chemische Prozess bildet durch Hydrolyse und Kondensation von Metallalkoxiden eine dünne, glasartige Schicht auf der Oberfläche. Diese Beschichtung verbessert die Kratzfestigkeit, chemische Beständigkeit und optische Eigenschaften des Materials. Sol-Gel-Schichten sind vielseitig einsetzbar, zum Beispiel als Antireflex- oder Schutzbeschichtung.
• Mechanische Vorbehandlung: Mechanische Methoden wie das Schleifen oder Sandstrahlen werden genutzt, um die Oberfläche physikalisch zu modifizieren. Diese Verfahren erzeugen eine mikroskopisch raue Textur, die die Haftung von Beschichtungen verbessert und die Reinheit der Oberfläche durch die Entfernung von Verunreinigungen erhöht.

Die CAD-Konstruktion im Bereich der Kunststoffe und Faserverbundwerkstoffe ist entscheidend für die Entwicklung von Prüfaufbauten, Bauteilen und Werkzeugen, die den spezifischen Anforderungen dieser Materialien gerecht werden. Zu den zentralen Aspekten der CAD-Konstruktion in diesem Bereich gehören:

• Materialgerechtes Design: CAD-Software ermöglicht die Berücksichtigung der einzigartigen Eigenschaften von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen, wie Anisotropie, thermisches Verhalten und Dämpfungseigenschaften, im Designprozess. Dies gewährleistet, dass die entworfenen Bauteile optimal die Vorteile dieser Materialien nutzen.
• Komplexe Geometrien: Faserverbundwerkstoffe und Kunststoffe erlauben die Herstellung komplexer Formen, die durch herkömmliche Materialien schwer zu erzielen sind. CAD-Tools sind besonders effektiv bei der Gestaltung solcher komplexen Geometrien und ermöglichen die präzise Modellierung interner Strukturen und Oberflächenmerkmale.
• Topologieoptimierung: Durch CAD-gestützte topologische Optimierung können Bauteile unter Verwendung minimalen Materialeinsatzes für maximale Leistung entwickelt werden. Dies ist besonders wichtig bei leichten, strukturellen Anwendungen von Faserverbundwerkstoffen.
• Prototypenerstellung und Simulation: CAD ermöglicht die schnelle Erstellung von Prototypen, die durch 3D-Druck oder andere Rapid-Prototyping-Technologien gefertigt werden können. simulationsbasierte Tests, wie Finite-Elemente-Analyse (FEA), helfen, das Verhalten unter Belastungen zu verstehen und das Design vor der Herstellung zu optimieren.
• Maßgeschneiderte Prüfaufbauten: Die Entwicklung spezifischer Prüfaufbauten für Kunststoffe und Verbundwerkstoffe erfordert eine präzise CAD-Konstruktion, um komplexe Testszenarien und -bedingungen nachzubilden, die auf die spezifischen Materialeigenschaften abgestimmt sind.
• Werkzeugdesign: Für Spritzguss und andere Verarbeitungsverfahren von Kunststoffen ist die CAD-basierte Konstruktion präziser Werkzeugelemente entscheidend, um hochwertige Fertigungsergebnisse mit minimalem Materialabfall und optimalem Energieverbrauch zu gewährleisten.