Salzkern vereinfacht Herstellung komplexer CFK-Bauteile

Salzkern vereinfacht Herstellung komplexer CFK-Bauteile

Faserverbundwerkstoffe lassen sich im Autoklav und mithilfe von Formkernen auch zu komplexen Bauteilen formen. Der Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth und die Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA haben einen Prozess entwickelt, der das Verfahren mit additiv gefertigten Salzkernen vereinfacht und die Umwelt schont, wie der Autor Thomas Siebel für Springer Professional berichtet.

Um im Autoklaven FVK-Bauteilen mit komplexen innenliegenden Strukturen zu fertigen, werden Prepregs um einen Formkern gewickelt, der innere Strukturen – beispielsweise Hinterschneidungen – im Bauteil ausbildet. Anschließend wird das Prepreg mehrere Stunden unter hohem Druck und Temperatur ausgehärtet, bevor die Formkerne zerstört und aus dem fertigen Bauteil entfernt werden.

Kerne aus Quarzsand werden bei Gussteilen herausgeschlagen. Für Faserverbundwerkstoffe kommt dieses mechanische Herauslösen der Kerne jedoch kaum in Frage, da es die FVK-Struktur selbst beschädigen könnte. Besser geeignet sind deswegen Formkerne, die sich ausschmelzen oder auslösen lassen.

Daniel Pezold von der Uni Bayreuth und Jan Kemnitzer vom Fraunhofer IPA haben nun, so der Autor, einen neuen salzbasierten Typ von Formkernen für CFK-Strukturen entwickelt, der sowohl wasserlöslich als auch einfach zu fertigen ist. Salz hält sowohl den erforderlichen Temperaturen von bis zu 120 °C als auch Drücken von bis zu 6 bar über eine Dauer von fünf Stunden stand.

Die Formkerne fertigen die Wissenschaftler im Pulver-Binder-Verfahren, einem Verfahren der additiven Fertigung. Dabei trägt ein Druckkopf einen Binder ins Salzpulverbett ein, wodurch Schicht für Schicht die dreidimensionale Struktur des Formkerns entsteht. Nach der Trocknung im Ofen werden die Formkerne entweder mit einem Teflontape oder mit einer Kombination aus flüssigem Versiegler und Trennmittel gegen das Eindringen von Matrixmaterial geschützt.

Nachdem das CFK-Bauteil gefertigt und ausgehärtet ist, kann der Salzkern innerhalb weniger Minuten mit Wasser aus dem Bauteil ausgelöst werden. Die Wissenschaftler haben den Fertigungsprozess anhand verschiedener Prepreg- und Wickelverfahren mit Autoklavaushärtung validiert, unter anderem am Beispiel eines luftfahrttypischen Lüftungskanals, und dabei die Prozesszeit gegenüber etablierten Verfahren nach eigenen Angaben erheblich reduziert. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sehen die Forscher im Bereich der Harzinjektions- und Infusionsverfahren oder für die Herstellung größerer Bauteile, wofür mehrere Formkerne zusammengefügt werden könnten.

Der vollständige Beitrag „Mit additiv gefertigtem Salzkern zum komplexen CFK-Bauteil“ kann hier nachgelesen werden.

Bild oben: Im 3D-Druck stellten die Wissenschaftler der Universität Bayreuth und des Fraunhofer IPA Formkerne aus Salz her und fertigten damit CFK-Bauteile. Quelle: Universität Bayreuth) 


Quelle und weitere Infos: Springer Professional

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