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07.12.2022

30.09.2022

Innovationspreis für neue Technologie für Multi-Matrix-Faser-Kunststoff-Verbunde

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Den Innovationspreis 2021 des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF erhält die Arbeitsgruppe Komplexe Strukturkomponenten mit Prof. Dr.-Ing. Axel Spickenheuer, Simon Konze, Nicole Schmidt, Dr. Tales de Vargas Lisbôa und Sascha Bruk (IPF-Institut Polymerwerkstoffe) für die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mit lokal variierienden Matrixmaterialien.

Die preisgekrönte Innovation stellt eine Erweiterung zur Technologie des Tailored Fibre Placements (TFP) dar, die am IPF entwickelt wurde und inzwischen als Methode zur Herstellung von extrem steifen und belastungsgerechten Leichtbauteilen für Anwendungen in der Luftfahrt- und Automobilindustrie, aber auch in Medizintechnik und für Sportgeräte etabliert ist.

Ein Potenzial für weitere Einsatzgebiete entsteht, wenn Verstärkungsfasern in Verbundbauteilen mit mehreren polymeren Matrixmaterialien verbunden werden und so z. B. mit Hilfe von Elastomeren lokal biegeweiche Zonen realisiert werden können. Interessant ist das u. a. für Gelenke in der Orthopädie- und Rehatechnik bzw. bei Anwendungen in der Soft Robotik.

Um eine gezielte Einflussnahme auf die lokalen Bauteileigenschaften zu ermöglichen, haben die Mitarbeiter der Gruppe von Herrn Prof. Spickenheuer den TFP-Automaten um einen generativen Imprägnierprozess erweitert. Gemeinsam mit den Kooperationspartnern IFTE der TU Dresden, den Firmen E.F.M. GmbH, Mountek GmbH sowie der REHA-OT Lüneburg Melchior und Fittkau GmbH entwickelten sie dafür einen Druckkopf.

Dieser erlaubt es, direkt nach der Faserablage automatisiert ein erstes polymeres Matrixmaterial, z. B. flüssiges unvernetztes Elastomermaterial, an genau definierten Positionen aufzubringen. Das textile Fasermaterial wird dadurch lokal imprägniert, und kann im nachfolgenden Schritt mit einem klassischen Infiltrationsverfahren mit einem zweiten Matrixmaterial in den bisher noch trockenen Bereichen vollständig durchtränkt werden. Das Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet [DE10 2019 110 462 A1].

Der sogenannte TFPprint-Prozess ermöglicht erstmalig zuverlässig die Herstellung von duromeren Multi-Matrix-Faser-Kunststoff-Verbunden. Zudem gibt es Konstrukteur und Designer mit der Möglichkeit der definierten Variation der Kunststoffmatrix einen neuen, sehr einflussreichen Parameter für die Entwicklung neuer FKV-Bauteile an die Hand. Die Preisübergabe wurde pandemiebedingt von Frühjahr auf Herbst verschoben.

Quelle: Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF)