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Im Rahmen des DFG-AiF-Clustervorhabens »Großserientaugliche Prozessketten für hochintegrierte Bauteile aus hybriden Faser-Kunststoff / Metall-Verbunden« beschäftigt sich das Fraunhofer IWU, die TU Chemnitz und das IFUM mit der Entwicklung großserienfähiger Prozessketten zur effizienten Verarbeitung von Faser-Kunststoff / Metall (FK/M)-Verbunden zu konturierten Werkstücken, insbesondere unter Berücksichtigung der Anforderungen aus der Automobilindustrie. Dazu werden zwei grundlegende serienfähige Prozessketten für die Fertigung profilierter Bauteile entwickelt: Bei der Prozesskette 1 werden ebene FKM-Verbunde, bestehend aus optimiertem thermoplastischen Faser-Kunststoff und dünnwandigen Metalldecklagen, thermisch unterstützt zu profilierten Strukturbauteilen umgeformt. Die Prozesskette 2 behandelt eine neue Prozessvariante, bei der während der gemeinsamen Umformung von thermoplastischen Faser-Kunst¬stoff-Verbunden und metallischen Blechen die Verbindung der Einzelwerkstoffe zu hybriden Strukturen prozessintegriert erfolgt. Bei der Technologieentwicklung wird die gesamte Prozesskette von der Temperierung der Materialien über das Handling der Einzelkomponenten bis hin zur Umformung und Abkühlung der Teile unter Druckbeanspruchung betrachtet. Für diese Prozesskette wird ein Werkzeug ausgelegt und unter seriennahen Bedingungen umgesetzt. Die Machbarkeit beider Prozessvarianten wird an einem Technologiedemonstrator nachgewiesen und hinsichtlich der Prozessfähigkeit und der Verfahrensgrenzen miteinander verglichen.
Als branchenspezifischer Technologiedemonstrator wurde gemeinsam mit den projektbegleitenden Firmen der Dachquerträger einer PKW-Karosserie ausgewählt. An der fertiggestellten Komponente werden die mechanischen Bauteileigenschaften bei statischer Belastung geprüft. Ziel ist die Bewertung des Einsatzpotentials der untersuchten FK/M-Verbunde in Karosseriestrukturen von PKWs unter Leichtbaugesichtspunkten. Auf Basis des erarbeiteten Prozess-Know-hows können die Prozesszeiten und -kosten belastbar kalkuliert werden. Damit steht der Industrie zum Abschluss des Verbundprojekts ein umfassendes Instrument zur prozessorientierten Bauteilauslegung, Technologieplanung und Kalkulation anwendungsbereit für die Serienfertigung zur Verfügung.
The current trend shows an increasing demand for novel technologies, that facilitate a functional integration of fiber reinforced polymers (FRP) in metal based structures, especially in automotive industry. To comply with the requirements of large-scale production the use of fiber reinforced thermoplastics in form of hybrid metal/composite-laminates seems advantageous. By targeted exploitation of their high lightweight potential, combined with suitable capabilities for mass production and good damping properties, cost-effective and weight-optimized parts with high stiffness and load capacity can be provided for future applications.
As there is little known about the processing and the mechanical properties of thermoplastic based FRP/metal-laminates, the study focuses on the development of novel hybrid laminates with low residual stresses, made of metallic steel sheets and continuous glass or carbon fiber reinforced polyamide 6. In this context, the influence of several pre-operations like sand blasting, cleaning or primer application on the interlaminar shear strength (ILSS) was examined in addition to their resistance to cathodic dip paint treatment.