T3-Hub für spritzgegossene Standardbauteile mit reduziertem CO2-Footprint
“Lastgerechte FVK-Tapestrukturen können dazu beitragen, den CO2-Footprint von preissensitiven Spritzgießbauteilen zu reduzieren“, ist Fabian Becker, Projektverantwortlicher bei der AZL Aachen GmbH, sicher.
Tape Technologie Transfer-Hub (T3-Hub) lautet der Titel eines gerade durch AZL und IKV initiierten Verbundprojekts mit insgesamt sechs Partnern, das sich mit einem Paradigmenwechsel beschäftigt: Statt extrem leichter und teurer Bauteile, beispielsweise für die Luft- und Raumfahrttechnologie, sollen durch die Technologie des Tapelegens Standardbauteile für kostengetriebene Massenanwendungen entstehen. So könnten unter anderem Formteile für Industrieanwendungen, E+E, Haushaltsgeräte oder das Transportwesen zu wettbewerbsfähigen Kosten und mit deutlich reduziertem CO2-Footprint entstehen – statt des Bauteilgewichts steht die Materialeinsparung hier an erster Stelle.
Tapes sind wenige zehntel Millimeter dicke, zwischen 5 und 25 mm breite bandförmige Halbzeuge, die aus unidirektional orientierten Verstärkungsfasern, meist Glas oder Carbon, bestehen und in eine thermoplastische Matrix eingebettet sind. Herkömmlich finden diese als flächige Laminate ihren Einsatz für hochbelastete Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt, dem Automobilbau oder werden durch Wickeln zu Rohren oder Behältern verarbeitet. Derartige Bauteile sind sehr leicht, verfügen über exzellente mechanische Eigenschaften, sind aber im Vergleich zu Spritzgießbauteilen kostenintensiv und in den Stückzahlen limitiert.
Der T3-Hub verfolgt einen neuen Ansatz: Bionische Tape Strukturen sollen gezielt in „klassische“ Spritzgießbauteile eingebettet werden, um so Kosten einzusparen und den CO2-Fußabdruck in der Produktions- und Nutzungsphase zu reduzieren. Aufgrund der verstärkenden Wirkung der Tapes lassen sich unter Anderem Wanddicken reduzieren und Verrippungen einsparen. Weitere Einsparpotentiale ergeben sich dadurch, dass durch die hohen mechanischen Tapeeigenschaften auch neue Anwendungen für alternative Compounds mit geringerem CO2-Fußabdruck, Recyclingmaterial oder auch bio-basierte Polymer und Faserwerkstoffe erschlossen werden. „Einsparungen beim Materialverbrauch sind der größte Stellhebel zur Senkung der Produktionskosten im Spritzgießprozess und des CO2-Fußabdrucks“, so Fabian Becker. „Durch die Integration von geringen Anteilen von Tape in typische Spritzgießbauteile soll der ökologische Fußabdruck bei mindestens Kostenneutralität reduziert werden.“
Kernidee hinter dem 30-monatigen, vom BMWi geförderten Projekt, ist der Transfer der Nischen-Technologie für Hochleistungsbauteile auf die Massenproduktion von Standard-Formteilen durch Materialreduktion und -substitution mittels lastgerechter Verstärkungseinleger. Mit der Zielsetzung Leichtbautechnologien in Massenanwendungen zu etablieren, passt das Forschungsvorhaben hervorragend in die Leichtbau-Strategie der Bundesregierung.
In dem Projekt wird die gesamte Entwicklungs- und Herstellungskette betrachtet. Als Ergebnis stehen alle Methoden zur effizienten Identifikation von geeigneten Produkten und deren virtueller Entwicklung, Know-how über die Produktionstechniken und eine Plattform zur Vorentwicklung von Bauteilen für Anwender zur Verfügung. Die digitale Entwicklungskette wird zwischen Simcon, IKV und AZL auf Basis der Software CADMOULD umgesetzt. Conbility und IKV steigern die Effizienz der Herstellung und Verarbeitung der Tapes im laserunterstützten Tapelegen, alle Produktionsdaten werden von Conbility zu einem Digitalen Zwilling der Bauteile zusammengeführt. Am Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL) der RWTH Aachen entsteht eine Demonstrations- und Entwicklungsplattform zur Fertigung von full-scale Spritzgießbauteilen mit Tapeverstärkung. Eng eingebunden ist auch die Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe (AVK), die das Konsortium bei der Identifikation von Anwendungsszenarien und der Technologiebewertung unterstützt.
Das Projekt ist die Fortführung einer mit 20 Firmen durchgeführten Markt- und Technologieanalyse zur Tapeintegration in Spritzgießbauteile. Neben der Entwicklung der technologischen Bausteine verfolgt das Projekt insbesondere das Ziel des Technologietransfers in die Praxis. Von hoher Bedeutung ist hierfür die Demonstration des Potenzials zur kostenneutralen Verbesserung des CO2-Fußabdrucks und die Anwendbarkeit für den „klassischen“ Spritzgießverarbeiter. Um möglichst viele interessante Anwendungen zu identifizieren bietet das Konsortium interessierten Firmen die Möglichkeit ihre Bauteile zu analysieren. Für den 27.01.2022 lädt das Konsortium zu einer Informationsveranstaltung ein, bei der das Projekt und die Möglichkeit zur Beteiligung erläutert werden.
Informationsveranstaltung für Unternehmen im Technologieanwenderausschuss: 27.01.21, 13:00 – 15:00 Uhr (virtuell)
Kontakt: Fabian Becker, AZL Aachen GmbH, E-Mail: fabian.becker@azl-aachen-gmbh.de, Telefon: +49 (0) 241 475 735 – 22
Finden Sie hier Informationen zur ursprünglichen Markt- und Technologieanalyse „Potentials and Challenges of Thermoplastic Tapes for SME Injection Molders“
Über AZL Aachen GmbH
AZL steht für Exzellenz in der Leichtbauproduktion. Als One-Stop-Shop für Markt- und Technologie-Know-how bringt das AZL Experten und Entscheidungsträger aus Wissenschaft und Industrie zusammen, um die Geschäfts- und Technologieentwicklung in der Leichtbauindustrie zu unterstützen. AZL unterstützt Unternehmen, unabhängig ihrer Position in der Wertschöpfungskette, bei der Entwicklung, dem Benchmarking und der Verbesserung von Designmethoden, Fertigungstechniken und Produkte. AZL bietet Innovationsworkshops, Markt- und Technologieanalysen, Trenderkennung und Technologiemonitoring, Machbarkeitsstudien, Konzeptentwicklung, CAE-Design/Optimierung und Produktionslayout-Planung. Angesiedelt im Mittelpunkt eines der führenden Hightech-Ökosysteme, der RWTH Aachen, unterstützt AZL bei der experimentellen Bewertung aller relevanten Technologien rund um die Composite-basierten Multimaterialtechnologien mit jahrzehntelanger Technologiekompetenz und modernster Infrastruktur für die Entwicklung von Produkten und Produktionssystemen. Neben individuellen Kooperationen bieten die AZL Business-, Business-Plus- und Premium Partnership-Rahmenverträge Zugang zu Dienstleistungsangeboten und einem Open-Innovation-Netzwerk von mehr als 80 internationalen Unternehmen entlang der Leichtbau-Wertschöpfungskette. Mit den drei Säulen Engineering, Beratung und Partnerschaft entwickelt das AZL als Dienstleister wettbewerbsfähige Innovationen für wirtschaftlich hoch relevante Marktsegmente und findet geeignete Partner für die industrielle Umsetzung und Markteinführung.
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