Überwindung der Fertigung mit kontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten

Herstellungsherausforderungen bei kontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten

Kunststoffkomponenten sind in zahlreichen Branchen unverzichtbar, und es gibt kontinuierliche Fortschritte in den Fertigungstechniken und Materialkombinationen, insbesondere in anspruchsvollen Bereichen wie der Automobiltechnik. Eine herausragende Innovation in diesem Bereich sind kontinuierlich faserverstärkte Thermoplaste, die eine einzigartige Kombination aus außergewöhnlicher Festigkeit und geringem Gewicht bieten.

Diese Materialien liefern hervorragende mechanische Eigenschaften und ermöglichen gleichzeitig die Herstellung komplexer Geometrien. Die Spritzgusstechnologie verstärkt dies zusätzlich, indem sie Herstellern große Flexibilität bei der Auslegung präziser Werkstücke bietet – einschließlich der Integration von Metallkomponenten, wenn nötig. Darüber hinaus ermöglicht die Technologie kurze Taktzeiten, was für eine effiziente Großserienproduktion entscheidend ist. Allerdings bringen diese Materialien auch Herausforderungen mit sich, insbesondere in den Herstellungsprozessen, die erforderlich sind, um ihre Leistungsfähigkeit zu optimieren.

KraussMaffei hat diese Herausforderungen durch die Entwicklung des FiberForm-Prozesses gelöst, einer Technik zur Herstellung hochwertiger Bauteile aus kontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten. Der Prozess beginnt mit Halbzeugen, sogenannten Organoblechen – großformatigen Materialien, die aus Lagen von Glas-, Carbon-, Aramid- oder Verbundfasern bestehen, eingebettet in eine thermoplastische Matrix wie Polyamid oder Polypropylen. Diese Bleche durchlaufen eine mehrstufige Transformation, einschließlich Erwärmung, Thermoformen in die gewünschte Form und anschließendem Hinter-Spritzgießen. Durch die Integration des Thermoformens von Organoblechen und des Spritzgießens in einen einzigen, durchgängigen Prozess stellt KraussMaffei faserverstärkte Kunststoffbauteile her, die sowohl extrem leicht als auch äußerst langlebig sind – ideal für den Fahrzeugeinsatz.

Die initiale Erwärmungsphase im FiberForm-Prozess ist entscheidend für dessen Erfolg. Für optimale Ergebnisse muss die Temperatur gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Organobleche verteilt werden. Dies wird durch die Erwärmung der Bleche in speziellen Öfen mit Infrarotstrahlern erreicht. Zwei Bedingungen müssen erfüllt sein: Die Organobleche müssen schnell erwärmt werden, und die Temperatur muss so gleichmäßig wie möglich über die gesamte Fläche verteilt sein.

Eines der Hauptprobleme ist die präzise Temperaturregelung während des Thermoformprozesses. Ungleichmäßige Erwärmung kann zu Defekten im Endprodukt führen, etwa zu Verzug oder variablen mechanischen Eigenschaften. Diese Notwendigkeit einer präzisen Temperaturkontrolle erhöht die Komplexität des Herstellungsprozesses und erfordert fortschrittliche Infrarot-Heiztechnologien sowie ausgeklügelte Temperaturregler, um Konsistenz und Zuverlässigkeit in der Produktion sicherzustellen.

Vorteile von Infrarot-Thermometern für das Thermoformen und Spritzgießen von Organoblechen

Die Infrarot-Heiztechnologie ist darauf ausgelegt, die Organobleche sowohl schnell als auch gleichmäßig zu erwärmen – ein kritischer Faktor in der Großserienproduktion. Zuverlässigkeit ist hierbei zentral, denn die Öfen müssen konstant funktionieren, um Produktionsunterbrechungen zu vermeiden. Ein einzelner Pyrometerausfall könnte die gesamte Produktion stoppen, weshalb die Zuverlässigkeit jeder Komponente essenziell ist. Um optimale Ergebnisse sicherzustellen, werden die Resultate kontinuierlich mithilfe von Optris-Infrarotkameras überprüft. Das neue Prozessregelsystem von KraussMaffei verbessert die gleichmäßige Verteilung der Oberflächentemperatur zusätzlich. Seit der Einführung dieses Systems gab es keinen einzigen Geräteausfall – ein deutlicher Beweis für die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit dieser modernen Lösung in anspruchsvollen Produktionsumgebungen.

Die kompakten Infrarotthermometer bieten ein industrielles Design, bei dem die Elektronik vom Sensorkopf getrennt ist und der Betrieb auch bei hohen Umgebungstemperaturen möglich bleibt. Zusätzlich schützt der optionale Luftspülkragen die Optik vor Staub oder Sprühnebel und gewährleistet so zuverlässige Messungen selbst unter rauen Bedingungen. Die Infrarotthermometer sind mit ausfallsicheren Sensoren ausgestattet, die eine homogene Oberflächentemperaturmessung sicherstellen – entscheidend für eine gleichbleibend hohe Qualität der Endprodukte. Darüber hinaus sind die Geräte einfach zu integrieren, was eine nahtlose Implementierung in bestehende Systeme ermöglicht.