So werden lokal biegeweiche Zonen mit Elastomeren realisiert

Das neue Verfahren wurde nun mit dem Innovationspreis 2021 des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF ausgezeichnet. Hauptverantwortlich für dessen Entwicklung ist 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).

Das Verfahren 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 beispielsweise mit Hilfe von Elastomeren lokal biegeweiche Zonen realisiert werden können. Insbesondere für Gelenke in der Orthopädie- und Rehatechnik oder bei Anwendungen in der Soft Robotik ist das interessant.

Um eine gezielte Einflussnahme auf die lokalen Bauteileigenschaften zu ermöglichen, hat das Team von Prof. Spickenheuer den TFP-Automaten um einen generativen Imprägnierprozess erweitert. Gemeinsam mit den Kooperationspartnern - dem Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design der TU Dresden und den Firmen E.F.M., Mountek sowie der REHA-OT Lüneburg Melchior und Fittkau - entwickelten sie dafür einen Druckkopf. Dieser erlaubt es, direkt nach der Faserablage automatisiert ein erstes polymeres Matrixmaterial, etwa 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 TFP print-Prozess ermöglicht demnach erstmals zuverlässig das Herstellen von duromeren Multi-Matrix-Faser-Kunststoff-Verbunden. Zudem gibt es Konstrukteuren und Designern mit der Möglichkeit der definierten Variation der Kunststoffmatrix einen neuen, sehr einflussreichen Parameter für die Entwicklung neuer FKV-Bauteile an die Hand.

Quelle: IPF