Kunststoff 2 KuStoVA2

• -  Druckströmung

• -  Bestimmung vom Strömungswiderstand durch Düse

• -  Schergeschwindigkeit in der Düse konstant

• -  Berücksichtigung von Einlaufdruckverlusten (Bagley- Korrektur)

• -  Einsatz von Kreis- oder Schlitzkapillare

Lösung:

• -  Reinigen der Form

• -  Trennmitteln des Werkzeuges

• -  Einlegen des Preforms

• -  Schliessen des Werkzeuges

• -  Anlegen des Vakuums

• -  Injektion des reaktiven Harzes

• -  Nach vollständiger Füllung: Abklemmen des Vakuums

• -  Nachdrücken des Harzes bis zur Gelierung

• -  Aushärten des Bauteils im geschlossenen Werkzeug

• -  Öffnen des Werkzeugs und Entformen des Bauteils

• -  Ggf. Tempern des Bauteils für eine vollständige Vernetzung des Reaktionsharzes

• -  Nachbearbeitung

• -  Permeabilität hängt von der Porosität und dem Faserdurchmesser ab

• -  Es kann von einer bekannten, gemessenen Permeabilität auf andere Faservolumengehalte geschlossen werden

• -  Die Permeabilität ist unabhängig von Temperatur und Injektionsdruck

• -  Die lokale Veränderung der Faserorientierung beeinflusst die lokale Porosität und somit die Permeabilität

Extrusionsverfahren

Verfahren: Aufschmelzen von festen Kunststoffen (Draht oder Block) in einer beheizten Düse. Schichtaufbau durch Extrusion. Verfestigung durch abkühlung. Stützen erforderlich. 

Materialien: Unterschiedliche Kunststoffe, z.T. niminelle serienidentisch (ABS, PPSF)

Vorteile: Höhere mechanische und thermische Belastbarkeit als Stereolithographie 

Nachteile: Rauhere Oberflächen, geringerer Detaillierungsgrad als Stereolithographie

Lösung:

Lösung:

Vakuumgiessen

Verfahren: Abformen von RP Urmodellen in Silikon. Ausgiessen mit PU Giessharze.

Materialien: Bauteile: PU Giessharze

Vorteile: Keine Werkzeugkonstruktion, schnell, bei kleinen Stückzahlen preiswert

Nachteile: Keine Serienmaterialien, geringe Ausbringungsmengen pro Form, lange Zykluszeiten

Lösung:

• -  Polystyrol PS Platten

• -  Strukturelle Polyurethan PUR-Schäume, formgeschäumt

• -  Polyimidschäume PMI

• -  PVC, PET Schäume

• -  Epoxidschäume EP

• -  Auch Balsaholz wird vermehrt als Kernmaterial eingesetzt, welches sich durch seine hevorragende Druckfestigkeit auszeichnet.

Polyurethane entstehen durch die Polyadditionsreaktion von Polyisocyanater mit mehrwertigen Alkoholen, den Polyolen. 

Lösung:

Tapelegen ist das automatisierte richtungs- und positionsvariable Ablegen von unidirektional faserverstärkten Kunststoff-Tapes (Prepregs) auf flächige Werkzeuge. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von sehr grossen, beanspruchungsgerechten (Faserorientierung, Lagenaufbau, Laminatdicke), fast verschnittfreien Bauteilen.

Lösung:

Giessharz-Werkzeuge

Verfahren: Abformen von RP Urmodellen in aluminiumgefülltes Epoxydharz. Einsetzen in Stammrahmen. Fertigung auf Spritzgussmaschinen

Materialien: Bauteile: Serienkunststoffe

Vorteile: Serienmaterialien, schneller und preiswerter als über Serienwerkzeuge

Nachteile: Kleine Serien, lange Zykluszeiten, Handentformung, Hinterschnitte mit Losteilen

• Kettenlänge und Anzahl der Verzweigungen im Polyol beeinflussen die mechanische Eigenschaften.

• Lineare Polyole führen zu einem thermoplastischen Charakter und solche mit mehr als zwei reaktiven Endgruppen zu Raumnetzmolekülen, einem Elastomeren oder Duroplasten.

• Die Viskositäten der Ausgangsstoffe liegen bei 100 – 5000 mPas, was sehr niedrig ist.

• Die Dichte von ungeschäumtem Polyurethan variiert zwischen rund 1000 und 1250 kg/m3.

• Typische Dichten geschäumter Polyurethane sind rund 5 bis 40 kg/m3 für weichen Blockschaum oder 30 bis 90 kg/m3 für harten Blockschaum. 

Lösung:

• -  Bereitstellung der vorimprägnierten Tapes / Rovings in einem gekühlten Spulenschrank

• -  Abzug des Tapes von der Vorratsrolle

• -  Aufheizen des Tapes kurz vor dem Ablegen zur Erhöhung der Klebrigkeit

• -  Anpressen des klebrigen Tapes auf die Werkzeugoberfläche

• -  Durchtrennen des Tapes am Ende der Bahn durch eine Schneideinheit

• Normalschäume: Homogene Dichte- und Blasenverteilung über dem Querschnitt und im allgemeinen eine dünne Oberflächenschicht. 
• Integralschäume: Sandwichaufbau über den Querschnitt. Kompakte Aussenhaut und kontinuierlicher Übergang zum geschäumten Kern. 

• -  Bereitstellung der vorimprägnierten Tapes / Rovings

• -  Abzug des Tapes von der Vorratsrolle mit Hilfe einer Abzugsvorrichtung

• -  Aufschmelzen (z.B. Flamme oder Laser) des Tapes vor dem Ablegen

• -  Anpressen des Tapes auf die Werkzeugoberfläche

• -  Durchtrennen des Tapes am Ende der Bahn durch eine Schneideinheit

• Das Niederdruckverfahren, bei dem die Komponenten bei Drücken zwischen 3 und 40 bar dem Mischer zugeführt und durch mechanische Rührwerke vermischt werden.
• Das Hochdruckverfahren, bei dem die Komponenten bei Drücken zwischen 100 und 300 bar dem Mischkopf zugeführt und durch Gegenstrom- Injektion vermischt werden. 

Lösung:

• -  Hohes Verhältnis von Stabilität zu Gewicht

• -  Gute thermische Isolierung, exzellente dielektrische Eigenschaften

• -  Korrosionsbeständigkeit

• -  Feuerbeständigkeit (selbstverlöschend)

• -  Einfach zu formen, sehr gut zu verkleben

• -  Vielfach aus getränktem Aramid gefertigt (mit Phenolharz)

• -  Leichtigkeit

• -  Feuerfestigkeit

• -  Druckfestigkeit, Steifigkeit

• -  Energieabsorptionspotential

• -  Ebenheit

RTM (Resin Transfer Moulding): Bei diesem Reaktionsgiessverfahren wird der trockene Faserpreform ins Werkzeug eingelegt und das Harz-Härter-Gemisch aus einem Misch- und Vorratsbehälter in die Form eingebracht.

Schicht-Laminat-Verfahren

Verfahren: Ausschneiden von Konturen aus Folien oder Platten mittels Laser oder Messer. Verbinden der Schichten vorzugsweise durch Kleben.

Materialien: Papier, Kunststoff, (Keramik), (Metall)

Vorteile: Papier: Hohe Druckbelastung, geringe Materialpreise

Nachteile: Geringere Genauigkeit aus Stereolithographie, Lasersintern und Extrusionsverfahren, richtungsabhängige mechanische Eigenschaften

• -  «bleed»: Überschüssige Matrix wird von einem Saugvlies «bleeder» aufgenommen. Typisch für Duroplast- Prepregs.

• -  «no-bleed»: Matrix bleibt vollständig im Bauteil: Faservolumengehalt genau einstellbar. Anwendung meist für thermoplastische Matrizen.

• -  Vakuumfolie: Luftdichte Trennfolie zum Aufbau des Drucks auf das Laminat

• -  Sauggewebe (bleeder): Aufnahme der überschüssigen Matrix

• -  Dichtung zwischen Werkzeug und Vakuumfolie

• -  Abreissgewebe (peel-ply)

• -  Trennfolie / Lochfolie

• -  Vorbereitung der Werkzeuge

• -  Zuschneiden der duro- oder thermoplastischen Prepreglagen

• -  Drapierung der Prepregs in die Form

• -  Verdichten mit Entlüftungsrolle

• -  Trennfolie, Absaugvlies und Vakuumfolie inkl. Dichtung anbringen

• -  Lagenaufbau evakuieren

• -  Aushärtung im Autoklaven unter Druck und Temperatur

• -  Entformung und Nachbearbeitung

Lösung:

Stereolithographie

Verfahren: Lokale Verfestigung von flüssigem Monomer durch UV-Strahlung (Laser, Lampe), Stützen oder Stützmaterialien erforderlich

Materialien: Epoxydharze, Acrylate

Vorteile: Hoher Detaillierungsgrad, sehr gute Oberfläche

Nachteile: Geringere mechanische und thermische Belastbarkeit als Lasersintern und Extrusionsverfahren. Spezialharze für höhere Temperaturen verfügbar

• -  Die Temperatur ermöglicht die Einstellung einer optimalen Viskosität und die Einleitung Aushärtungsreakt.

• -  Die Viskosität sinkt

• -  Wenn die Viskosität des Harzes ihr Minimum erreicht hat, wird in einer Haltephase bei konstanter Temperatur der Druck im Autoklav aufgebaut, um das überschüssige Harz aus dem Laminat auszupressen.

• -  Sobald die Viskosität des Harzes durch die Vernetzung zu steigen beginnt, wird die Temperatur weiter erhöht und das Bauteil ausgehärtet.

• Stereolithographie (SL)
• Lasersintern (SLS)
• Schicht- (Laminat-) Verfahren (LLM)
• Extrusions-Verfahren (FLM)
• 3D-Printing (3DP)

• -  Der Druck führt zur Verdichtung

• -  Der optimale Zeitpunkt für die Druckbeaufschlagung ist unmittelbar vor dem Gelierbereich im Matrixsystem.

• -  Wenn die Druckbeaufschlagung zu früh erfolgt, wird zu viel Harz ausgequetscht und somit ein zu hoher Faservolumengehaltim Laminat erzielt.

• -  Wenn die Druckaufgabe zu spät erfolgt, wird der Harzfluss durch hohe Viskosität des Harzes behindert.