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Molding & Joining Technologies

Das Kompetenzfeld befasst sich mit dem Thermoformen thermoplastischer Verbundwerkstoffe, mit Kombinationstechnologien unter Einbeziehung des Spritzgießens, mit LCM-Prozessen (=Liquid-Composite-Molding) sowie mit Schweißtechnologien. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Herstellung hochintegrierter Hybridbauteile, insbesondere auch auf Basis von Hochleistungsthermoplasten sowie auf der effizienten Kombination kontinuierlicher und diskontinuierlicher Verstärkungen. Um das Leichtbaupotenzial zu maximieren und dabei den Materialeinsatz zu minimieren, ist der Einsatz von zellulären Materialien von besonderem Interesse. Daher sind auch Technologien zur Fertigung thermoplastischer Schaumstrukturen Gegenstand der Arbeiten in diesem Kompetenzfeld. Dazu gehört insbesondere auch der Einsatz des thermoplastischen Schaumspritzgießens. Darüber hinaus werden Ansätze zur Herstellung geometrisch komplexer, recycelbarer Monomaterial-Sandwichstrukturen erforscht. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung effizienter Fügetechnologien für thermoplastische Verbundwerkstoffe sowie Metall-FKV-Hybridmaterialien, die vorwiegend auf dem Induktionsschweißen basieren.

Prof. Dr.-Ing.

Thomas Neumeyer

Techn.-Wiss. Direktor Verarbeitungstechnik & Kompetenzfeldleiter Molding & Joining Technologies

Spezielle Expertise: Faserverbundkunststoffe, Polymerschäume, Spritzgießsonderverfahren, Additive Fertigung mit Kunststoffen, Nachhaltigkeitsaspekte und deren quantitative Bewertung

Spezielle Leistungsmerkmale

  • Kombination von kontinuierlicher / diskontinuierlicher Faserverstärkung
  • Entwicklung von speziellen Profilformen - offen und geschlossen - in
  • Technologie des kontinuierlichen Formpressens (CCM)
  • Ausrüstung im industriellen Maßstab:
    •  Kontinuierliche Kompressionsformpresse
    • Spritzgießen von Verbundwerkstoffen
    • Resin Transfer Molding (duroplastisch und thermoplastisch)
    • Mehrere parallel gesteuerte Pressen mit bis zu 2.500 t Presskraft und Aufspannflächen von bis zu 2 m x 3 m, IR-Feld und integrierter Spritzgießeinheit für hybrides Thermoformen und Umspritzen
    • Schweißroboter
    • Verschiedene Prüfstände für das Induktionsschweißen
  • Schaumstoffkernmaterialien für thermoplastische Sandwichstrukturen
  • LCM - alles aus einer Hand: Werkzeugkonstruktion, Materialauswahl, Fertigung, Prüfung
  • In-line und off-line Prozessüberwachung
  • Digitales Mapping von Prozessketten

 

Branchen Anwendungen (Beispiele)
Luft und Raumfahrt Flügel-, Leitwerk-, Rumpfstrukturen; Clips und Cleats
Automobilbau Karosseriestrukturen, Außenhaut, Spoiler und Windabweiser, Innenverkleidungen
Maschinenbau schnell bewegte Maschinenteile, Verkleidungsteile
Medizintechnik Diverse
Energie Diverse

Werkstoffe und Fragestellungen

Typische Werkstoffe

  • Verstärkungsfasern GF, CF, rCF, NF, AF in textiler From sowie als Schnittfasern
  • Kombinationen von kontinuierlich und diskontinuierlich verstärkten Systemen
  • PP, PA, PPS, PEI, PEEK, PU, EP, UP, Biopolymere, Vitrimere, etc.

Typische Fragen

  • Wie können hochintegrierte und recycelbare Verbundwerkstoffteile bei minimaler Zykluszeit hergestellt werden?
  • Wie können thermoplastische Sandwichstrukturen zur Elektromobilität beitragen?
  • Wie kann die Fügequalität von Schweißverbindungen vorhergesagt werden?

Projekte in diesem Feld

AIRPOXY

Vitrimere als Komplementär zu Thermoplast und Duroplast

Ziel ist es, recycelbare Epoxidharze für den Einsatz in der Luftfahrt zu entwickeln, um den Materialabfall zu reduzieren.

Biobasierter Kunststoffe im strukturellen Baubereich

Technologiestudie zum Einsatz biobasierter Kunststoffe im strukturellen Baubereich

Ziel ist die Schaffung langlebiger und umweltfreundlicher Baumaterialien durch biobasierte Kunststofflösungen.

Lebensdauerverlängerung thermoplastischer FKV-Metall-Hybriden durch Reduktion der fertigungsbedingten Eigenspannungen

BioSMC

Einsatz bio-basierter Rohstoffe in SMC

Ziel ist es, umweltfreundliche Alternativen für herkömmliche SMC-Materialien zu schaffen.

drivEcomp II – Weiterentwickelte Compositelösungen

Steigerung der Leistungsdichte von elektrischen Antriebssystemen für Schienen- und Straßenanwendungen durch den Einsatz von Faserverbundtechnologie

Steigerung der Leistungsdichte von elektrischen Antriebssystemen für Schienen- und Straßenanwendungen durch den Einsatz von Faserverbundtechnologie.

Durobast

Ressourcenschonende Composit-Strukturbauteile auf Basis von Bastfasern

Steigerung der Leistungsdichte von elektrischen Antriebssystemen für Schienen- und Straßenanwendungen durch den Einsatz von Faserverbundtechnologie.

Effziente numerische Simulation

des kontinuierlichen Induktionsschweißens von CFK

Ziel ist die Reduzierung von Kosten und Zeitaufwand durch präzise Simulationen für die Materialoptimierung.

Erhöhung der Geschwindigkeit des kontinuierlichen Induktionsschweißprozesses

FlexHyJoin

Automatisierte Fertigungszelle zum Hybridfügen

Ziel ist es, effiziente und flexible Verbindungsansätze für moderne Materialien zu entwickeln.

Entwicklung eines vollautomatischen Fügeverfahrens für die Automobilindustrie

Große Umformanlage

Verarbeitung von thermoplastischen und duromeren Halbzeugen im Pressverfahren mit maximal 2600 Tonnen Presskraft auf einer Aufspannfläche von 2 x 3 m². Die Integration einer Horizontalspritzgusseinheit ermöglicht die Herstellung hybrider Bauteile

HyBe

Automatisiertes Fügen metallischer Befestigungselemente an TP-FKV

Ziel ist es, durch hybride Materialien die Bauweise nachhaltiger und leistungsfähiger zu gestalten.

IMAPRESS

Innovative Werkzeuge für extrabreite Organobleche

Entwicklung einer neuartigen Werkzeugtechnologie zur Steigerung der Imprägnierleistung der Intervallheißpresstechnik

Induktionsschweißen von CFK

Ziel ist es, den Schweißprozess von CFK-Materialien zu verbessern und effizienter zu gestalten.

Erhöhung der Geschwindigkeit des kontinuierlichen Induktionsschweißprozesses

NaturePerformance

Modellierung der mechanischen Eigenschaften von naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK)

Entwicklung eines hochautomatisierten Herstellungsprozess für CFK-Strukturbauteile am Beispiel eines Flugzeugspants mit Thermoplast-Matrix

NeuRecA

SMC-Halbzeuge für strukturelle Hochtemperatur-Anwendungen auf Basis recycelter Kohlenstofffasern

Einstieg in eine neue Methodik, die die Herstellung von geschlossenen FKV-Boxstrukturen auf effiziente Art ermöglicht und neue Freiheiten bei der Konstruktion eröffnet

Prozessoptimierung des Induktionsschweißens

Prozessoptimierung des Induktionsschweißens von CFK-Organoblechen

Hauptziel ist die Steigerung der Geschwindigkeit des kontinuierlichen Induktionsschweißprozesses von kontinuierlich kohlenstofffaserverstärkten Thermoplasten, speziell von Organoblechen, in Verbindung mit einer resultierenden Fügequalität auf Autoklavniveau.

Recycling von CFK mit thermoplastischer Matrix

Neben der Wiederverwertung wertvoller Werkstoffe nach der Nutzungszeit eines Flugzeugs kann auch die Aufbereitung von Produktionsabfällen bei der Fertigung von Bauteilen einen Beitrag zur Schonung der Umwelt und zur Kostenreduktion leisten.

SOPHIA

Smarte Prozesse und Bauweisen für hohe Fertigungskadenzen

Ziel ist die Verbesserung von Materialeigenschaften durch fortschrittliche, datengestützte Modelle.

Thermoplast-Schaumspritzgießen

Leicht & Nachhaltig – Neue Anlagentechnik zum Thermoplast-Schaumspritzgießen

Ziel ist die Optimierung von Leichtbauverfahren durch den Einsatz von Schaumspritzgießen.

TraNa

Transluzente einfärbbare und flammfeste Sheet Molding Compounds für die Luftfahrt

Ziel ist die Verbesserung von Sicherheit und Ästhetik in der Materialverarbeitung.

Umformsimulation von thermoplastischen Organoblechen

Umformverhalten von endlosfaserverstärkten Thermoplasten

Umformverhalten von endlosfaserverstärkten Thermoplasten im Thermoformprozess vorherzusagen und Aussagen über resultierende Faserorientierung, Endkontur und Faltenbildung

zu treffen

ZEUS

Zero Emission Aircraft with Sustainable Fuselage Concept and Technology

Aktive Hybridstrukturen ermöglichen eine neuartige situationsabhängige Anpassung der Flugzeugaerodynamik, welche die Effizienz erhöht und die Lärmbelastung reduziert.

Veröffentlichungen aus der IVW Schriftenreihe in diesem Kompetenzfeld

  • Weidmann, S.

    Diskontinuierliches induktives Fügen glasfaserverstärkter Thermoplaste mit Karosseriestählen

  • Salmins, M.

    Entwicklung eines Heißpressprozesses zur Herstellung von flächigen Integralschaumhalbzeugen aus amorphen Hochleistungsthermoplasten

  • Becker, S.

    Untersuchung und Optimierung des induktiven Aufheizverhaltens von textilverstärkten CFK-Organoblechen

  • Goergen, C.

    Quasiplastisches Verformungsverhalten von Organoblechen aus recyceltem Kohlenstoff-Stapelfasergarnen

  • Gortner, F.

    Bio-basierte und nachwachsende Füllstoffe für dichtereduzierte Sheet Molding Compounds

  • Kracke, C.

    Dimensionierung werkzeugseitiger Fließkanäle im RTM Prozess

  • Hümbert, M.

    Induktiver Schweißprozess für glasfaserverstärkte Thermoplaste und Stahl

  • Jung, G.

    Development of continuous fiber and long fiber reinforced thermoplastic materials with multilayered hybrid structure, and then crash application thereof

  • Dzalto, J.

    Entwicklung eines großserientauglichen Aufheizprozesses für naturfaserverstärkte Kunststoffe

  • Schieler, O.

    Auswahl einer Fugetechnologie für faserverstärkte Thermoplaste im Helikopterbau

  • Hildebrandt, K.

    Material- und prozessspezifische Einflüsse auf Oberflächeneigenschaften von endlosfaserverträrkten Thermoplasten

  • Christmann, M.

    Optimierung der Organoblechherstellung durch 2D-Imprägnierung

  • Bayerl, T.

    Application of Particulate Susceptors for the Inductive Heating of Temperature Sensitive Polymer-Polymer Composites

  • Moser, L.

    Experimental Analysis and Modeling of Susceptorless Induction Welding of High Performance Thermoplastic Polymer Composites

  • Mitschang, P

    Prozessvariable Entwicklung von Faser-Kunststoff-Verbunden auf PBT-Basis

  • Steeg, M.

    Prozesstechnologie für Cyclic Butylene Terephthalate im Faser-Kunststoff-Verbund

  • Medina, L.

    Materialentwicklung und Prozessoptimierung von naturfaserverstärkten Kunststoffen mit geringem Matrixanteil für Automobilanwendungen

  • Velthuis, R.

    Induction Welding of Fiber Reinforced Thermoplastic Polymer Composites to Metals. 2007

  • Lahr, R.

    Partielles Thermoformen endlosfaserverstärkter Thermoplaste

  • Sommer, M. M.

    Eigenschaftserweiterung von langfaserverstärkten thermoplastischen Fließpresshalbzeugen

  • Breitel, J.

    Zur presstechnischen Verarbeitung naturfaserverstärkter Thermoplaste

  • Wöginger, A.

    Prozesstechnologien zur Herstellung kontinuierlich faserverstärkter thermoplastischer Halbzeuge leider vergriffen

  • Blinzler, M.

    Werkstoff- und prozessseitige Einflussmöglichkeiten zur Optimierung der Oberflächenqualität endlosfaserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe

  • Nowacki, J.

    Prozessanalyse des Umformens und Fügens in einem Schritt von gewebeverstärkten Thermoplasten

  • Edelmann, K.

    Prozessintegrierte Analyse des Fließverhaltens von faserverstärkten thermoplastischen Pressmassen für die Serienfertigung

  • Rudolf, R.

    Entwicklung einer neuartigen Prozess- und Anlagentechnik zum wirtschaftlichen Fügen von thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbunden - leider vergriffen!

  • Mattus, V.

    Zur werkstofflichen Verwertung lang- und endlosfaser-verstärkter Thermoplaste

  • Mayer, C.

    Prozeßanalyse und Modellbildung zur Herstellung gewebe-verstärkter, thermoplastischer Halbzeuge - leider vergriffen!

    Externe Veröffentlichungen "Molding & Joining Technologies"

    Influence of fungal decay on mechanical properties of bio-based sheet molding compounds (SMC)

    https://doi.org/10.1177/09673911221145050

    Investigations on thermoforming of carbon fiber reinforced epoxy vitrimer composites

    https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2021.106791

    Commercial Vehicle Technology 2020/2021

    DOI 10.1007/978-3-658-29717-6

    Multiple regression analysis of the chemical components effect on wettability at ps laser micro-structured surfaces on stainless steel 304

    https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154852

    HyBe in der Welt der FKV

    https://www.unserebroschuere.de/AVK_Composites_Report_07_DT/WebView/

    Development of fiber reinforced compound bipolar foils for fuel cells

    https://doi.org/10.37798/2023723498

    Digitalisierung eines CFK-Fertigungsprozesses

    https://www.unserebroschuere.de/AVK_Composites_Report_06_DT/WebView/

    Process Improvement of Continuous Induction Welding of Carbon Fiber-Reinforced Polymer Composites

    https://doi.org/10.1007/s11665-022-06842-0

    Modeling transverse mirco flow in dry fiber placement preforms

    Journal of Composite Materials 04/2019

    https://doi.org/10.1177/0021998319884612

    3R Composites: Knockdown Effect Assessment and Repair   
    Efficiency via Mechanical and NDE Testing

    https://doi.org/10.3390/app12147269

    Investigation of an optimized hot press process design for manufacturing structural polyethersulfone foams

    https://doi.org/10.1080/20550340.2023.2269021

    The chemical components effect of long-term contact angle change on laser micro-structured stainless steel 304

    https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433224004380

    Use of bio-based and renewable materials for sheet molding compounds (SMC) – Mechanical properties and susceptibility to fungal decay

    https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2022.100242

    Deep drawing of organic sheets made of hybrid recycled carbon and thermoplastic polyamide 6 staple fiber yarns, Journal of Thermoplastic Composite Materials
    journals.sagepub.com

    Tiefziehbare Organobleche aus recycelten Carbonfasern, Zeitschrift Kunststofftechnik 1/2019
    www.kunststoffe.de

    Bending properties of structural foams manufactured in a hot press process

    https://doi.org/10.1080/20550340.2022.2077277

    Challenges in Manufacturing of Hemp Fiber-Reinforced Organo Sheets with a Recycled PLA Matrix

    https://doi.org/10.3390/polym15224357

    Effects of thermoforming parameters and layup on unidirectional reinforced amorphous thermoplastic composite surfaces

    https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2024.108063

    Influence of polymer matrix on the induction heating behavior of CFRPC laminates

    https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109561

    Increasing the performance of continuous compression moulding by local pressure adaption

    https://doi.org/10.1080/20550340.2021.1888209

    Kostenanalyse der Prozesskette zur Herstellung von rCF-Stapelfaser-Organoblechen, erschienen in der Technischen Textilien 3/2018
    PDF

    Entwicklung einer Prozesskette zur Herstellung von NFPP-Tapes

    https://www.unserebroschuere.de/AVK_Composites_Report_07_DT/WebView/

    New approach for processing recycled carbon staple fiber yarns to unidirectionally reinforced recycled carbon staple fiber tape

    10.3390/polym1523457

    Data for: New approach for processing recycled carbon staple fiber yarns to unidirectional reinforced recycled carbon staple fiber tape

    https://zenodo.org/records/10148562

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