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DE102018121336B4 - Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils Download PDF

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DE102018121336B4
DE102018121336B4 DE102018121336.0A DE102018121336A DE102018121336B4 DE 102018121336 B4 DE102018121336 B4 DE 102018121336B4 DE 102018121336 A DE102018121336 A DE 102018121336A DE 102018121336 B4 DE102018121336 B4 DE 102018121336B4
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Tobias Forßbohm
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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (40) mit mehreren nicht-strukturellen, örtlich selektiv integrierten Funktionselementen (20), wobei das Faserverbundbauteil (40) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial gebildet und die Funktionselemente (20) an einer Oberfläche des Faserverbundbauteils (40) angeordnet werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Bereitstellen eines folienartigen Haftvermittlers (10), der eine erste Seitenfläche (11) zum Befestigen der Funktionselemente (20) und eine der ersten Seitenfläche (11) gegenüberliegende zweite Seitenfläche (12) zum stoffschlüssigen Verbinden mit dem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes hat;- Befestigen der Funktionselemente (20) auf der ersten Seitenfläche (11) des folienartigen Haftvermittlers (10);- Bereitstellen einer Faserpreform (30) aus zumindest dem Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes;- Anordnen des folienartigen Haftvermittlers (10) mit der zweiten Seitenfläche (12) auf einer Oberfläche der Faserpreform (31); und- Aushärten des das Fasermaterial der Faserpreform (30) einbettenden Matrixmaterials zusammen mit dem an der Oberfläche der Faserpreform (31) angeordneten folienartigen Haftvermittler (10) durch Temperierung- wobei die Funktionselemente (20) aus einem thermoplastischen Kunststoff unter Temperierung des Kunststoffes auf die erste Seitenfläche (11) des folienartigen Haftvermittlers (10) gedruckt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils mit mehreren nicht-strukturellen, örtlich selektiv integrierten Funktionselementen, wobei das Faserverbundbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, aufweisend ein Fasermaterial und Matrixmaterial, gebildet und die Funktionselemente an einer Oberfläche des Faserverbundbau- teils angeordnet werden.
  • Aufgrund ihrer gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit sind Faserverbundwerkstoffe heutzutage kaum mehr wegzudenken und eignen sich insbesondere für den Leichtbau. Faserverbundwerkstoffe weisen dabei in der Regel zwei wesentliche Hauptbestandteile auf, nämlich zum einen ein Fasermaterial und zum anderen ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial. Das Fasermaterial weist dabei in der Regel in eine bestimmte Richtung verlaufende Verstärkungsfasern auf, die dem Werkstoff seine anisotropen Eigenschaften verleihen. Derartiges Fasermaterial kann beispielsweise ein Glasfaser- oder ein Kohlenstofffasermaterial sein. Als Matrixmaterial kommen häufig duro- oder thermoplastische Kunststoffe zum Einsatz.
  • Oftmals ist es wünschenswert, dass an die äußere Oberfläche eines solchen Faserverbundbauteils entsprechende Funktionselemente angebracht werden, um dem Faserverbundbauteil neben einer strukturinternen oder lasttragenden Eigenschaft eine weitere Aufgabe zukommen zu lassen. Derartige Funktionselemente für nicht-strukturelle Anwendungen können beispielsweise Kabelklipse, Kabelführungen oder Halterungen für Installationen sein, die an der äußeren Struktur des Faserverbundbauteils angebracht werden müssen. Hierdurch erhält das Faserverbundbauteil neben der lasttragenden Eigenschaft in Faserrichtung eine zusätzliche Verwendungskomponente.
  • Allerdings ist die nachträgliche Anordnung derartiger Funktionselemente an Faserverbundbauteilen mit Nachteilen behaftet. Werden beispielsweise Bohrungen in das hergestellte Faserverbundbauteil eingebracht, um die zusätzlichen Funktionselemente durch Befestigungsmittel daran zu befestigen, so wird die lasttragende Struktur geschwächt, da hierdurch meist Fasern des Fasermaterials in Faserrichtung zerstört werden. Bei strukturkritischen Komponenten oder einer hohen Anzahl von zu installierenden Funktionselementen kann dies ausgeschlossen sein. Eine weitere Möglichkeit bestünde in dem nachträglichen Verkleben der Funktionselemente auf die Oberfläche des hergestellten Faserverbundbauteils. Allerdings muss hier sichergestellt werden, dass die verwendeten Klebwerkstoffe eine hinreichende stoffschlüssige Verbindung mit der Oberfläche des Faserverbundbauteils eingehen, um die Funktionselemente und die daran angeordneten Installationen entsprechend auch tragen zu können.
  • Schließlich wäre es denkbar, die Funktionselemente integral aus dem Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes auszubilden. Hierdurch würde sich jedoch signifikant der Arbeitsaufwand des herzustellenden Faserverbundbauteils erhöhen, wodurch die Stückkosten derartig hergestellter Faserverbundbauteile drastisch steigen würden, was wirtschaftlich weniger sinnvoll ist.
  • Aus der DE 10 2016 213 161 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Hybridbauteils aus einem metallischen Strukturbauteil und eine Faser-Matrix-Bandes bekannt. Dabei ist unter anderem vorgesehen, dass mithilfe eines Legekopfes auf das metallische Strukturbauteil ein Haftvermittler aufgebracht wird, um das Faser-Matrix-Band mit dem metallischen Strukturbauteil zu verkleben.
  • Aus der DE 10 2015 104 772 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils aus Blech und Faserverbundwerkstoff bekannt.
  • Die DE 10 2016 211 443 A1 offenbart ein Faserverbundbauteil sowie dessen Herstellung, wobei in das Faserverbundbauteil ein Lasteinleitungsbauteil integriert wird, dass insbesondere formschlüssig in die Fasern des Faserverbundbauteils eingreift und so in dem Bauteil gehalten wird.
  • Die DE 10 2008 059 600 A1 offenbart ein Werkstück hergestellt im Schichtbauverfahren und verstärkt durch ein Bauteil aus einem Material höherer Festigkeit.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, mit dem sich effizient und prozesssicher zusätzliche, insbesondere nicht strukturelle Funktionselemente an herzustellenden Faserverbundbauteilen anordnen lassen, ohne die strukturelle Integrität der Faserverbundbauteile zu schwächen.
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 erfindungsgemäß gelöst.
  • Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgeschlagen, wobei das Faserverbundbauteil mehrere nicht-strukturelle, örtlich selektiv integrierte Funktionselemente haben soll. Das Faserverbundbauteil wird dabei gattungsgemäß aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt, der ein Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial hat. Bei der Herstellung des Faserverbundbauteils können zur Bildung der Faserpreform sowohl trockene als auch vorimprägnierte Fasermaterialien verwendet werden. Werden trockene Fasermaterialien verwendet, so müssen in einem darauffolgenden anschließenden Prozessschritt diese Fasermaterialien noch mit dem Matrixmaterial getränkt, d.h. infundiert werden. Werden hingegen vorimprägnierte Fasermaterialien (sogenannte Prepregs) verwendet, so kann dieser Prozessschritt entfallen.
  • Zunächst wird ein folienartiger Haftvermittler bereitgestellt, der eine erste Seitenfläche zum Befestigen der Funktionselemente und eine der ersten Seitenfläche gegenüberliegende zweite Seitenfläche zum stoffschlüssigen Verbinden mit dem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes hat. Bei dem folienartigen Haftvermittler handelt es sich um ein dünnes, flächiges Element, das insbesondere biegeschlaff ist und folienartige Eigenschaften besitzt. Hierzu zählen insbesondere die Eigenschaft, dass der folienartige Haftvermittler aufgerollt werden kann und dass er sich entsprechenden Konturen des Bauteils anpassen kann. Es handelt sich hierbei insbesondere um ein Element, das eine Dicke von weniger als 5 mm hat.
  • Die zusätzlichen Funktionselemente werden nun auf der ersten Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers befestigt, insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung. Wie dies später noch gezeigt wird, erfolgt dies mithilfe eines 3D-Druckes.
  • Des Weiteren wird aus dem Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes eine Faserpreform bereitgestellt, die zumindest an einer Oberfläche die spätere Bauteilgeometrie aufweist. Dabei kann die Faserpreform aus trockenem Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes bereitgestellt werden, genauso wie aus bereits vorimprägnierten Fasermaterialien. Bei der Faserpreform handelt es sich um eine Vorstufe des späteren Bauteils, bei dem das Matrixmaterial, welches das Fasermaterial einbetten soll und somit in seine vorgegebene Richtung zwingen soll, noch nicht ausgehärtet bzw. noch nicht vollständig ausgehärtet ist, was in einem sich anschließenden Prozessschritt noch geschehen muss. Wird die Faserpreform aus trockenen Fasermaterialien bereitgestellt, so muss die Faserpreform anschließend noch mit dem Matrixmaterial in einem Infusionsprozess infundiert werden.
  • Vor dem Aushärten des das Fasermaterial einbettenden Matrixmaterials wird nun der zuvor bereitgestellte folienartige Haftvermittler zusammen mit den daran befestigten Funktionselementen auf einer Oberfläche der Faserpreform angeordnet, und zwar so, dass die zweite Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers diese Oberfläche der Faserpreform kontaktiert. Bei der zweiten Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers handelt es sich somit um eine Fügefläche, mit der der folienartige Haftvermittler an der Faserpreform angeordnet wird.
  • Anordnen im Sinne der vorliegenden Erfindung meint in diesem Zusammenhang hierbei, dass im einfachsten Fall bzw. in der breitmöglichsten Auslegung der folienartige Haftvermittler mit seiner zweiten Seitenfläche auf die Oberfläche der Faserpreform aufgelegt wird. Denkbar ist allerdings auch, dass der folienartige Haftvermittler nach dem Auflegen auf die Oberfläche der Faserpreform durch zusätzliche Maßnahmen fixiert wird, um ein Verrutschen des folienartigen Haftvermittlers zu vermeiden. Dabei ist es denkbar, dass der folienartige Haftvermittler auf der Oberfläche der Faserpreform so angeordnet wird, dass die an dem folienartigen Haftvermittler befestigten Funktionselemente an einer vorgegebenen Position in Bezug auf die Faserpreform vorliegen.
  • Denkbar und vom erfindungsgemäßen Gedanken der vorliegenden Erfindung mit umfasst ist auch die Tatsache, dass der folienartige Haftvermittler zunächst auf die bereitgestellte Faserpreform angeordnet wird und anschließend dann die Funktionselemente auf dem folienartigen Haftvermittler befestigt werden. Hierdurch wird allerdings der Anlagenaufwand größer, da nun die Funktionselemente, sofern sie automatisiert, beispielsweise mithilfe eines 3D-Druckes, befestigt werden sollen, zusammen mit der gesamten Faserpreform verarbeitet werden müssen.
  • Nachdem der folienartige Haftvermittler mit seiner zweiten Seitenfläche auf der Oberfläche der Faserpreform angeordnet ist und die Funktionselemente an der ersten Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers befestigt sind, wird nun das das Fasermaterial der Faserpreform einbettende Matrixmaterial zusammen mit an der Oberfläche der Faserpreform angeordneten folienartigen Haftvermittler durch Temperaturbeaufschlagung ausgehärtet, wodurch der Haftvermittler eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Matrixmaterial der Faserpreform eingeht und somit fest und insbesondere nicht lösbar mit der Faserpreform verbunden wird. Hierdurch werden die an dem Haftvermittler angeordneten Funktionselemente ebenfalls fest und nicht lösbar mit dem Faserverbundbauteil verbunden, so dass sich mithilfe des erfindungsgemäßen vorliegenden Verfahrens eine Vielzahl von Funktionselementen an einem Faserverbundbauteil befestigen lässt, ohne dass hierbei das Faserverbundbauteil strukturell geschwächt wird. Mithilfe des folienartigen Haftvermittlers wird vielmehr erreicht, dass zwischen dem Faserverbundbauteil und dem Funktionselement eine sichere stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird, die das Funktionselement fest an dem Faserverbundbauteil befestigt.
  • Nicht lösbar im Sinne der vorliegenden Erfindung meint hierbei, dass sich das Funktionselement sowie der folienartige Haftvermittler nicht zerstörungsfrei von dem Faserverbundbauteil lösen lassen.
  • Durch das gemeinsame Aushärten des Matrixmaterials zusammen mit dem Haftvermittler wird darüber hinaus auch erreicht, dass die Funktionselemente schließlich integral mit dem herzustellenden Faserverbundbauteil verbunden werden, da es hierbei keine nachträglichen Fügestellen gibt. Insoweit werden die Funktionselemente mit dem Faserverbundbauteil fügestellenfrei befestigt.
  • Die Erfinder haben dabei insbesondere erkannt, dass sich die zusätzlichen Funktionselemente an dem Haftvermittler befestigen lassen, beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, wobei anschließend dann das Faserverbundbauteil zusammen mit dem Haftvermittler und den daran angeordneten Funktionselementen ausgehärtet werden kann, wodurch die entsprechende stoffschlüssige Verbindung zwischen Funktionselement und Faserverbundbauteil hergestellt werden kann. Dabei wurde insbesondere erkannt, dass eine solche Vorgehensweise sich nicht negativ auf die Qualität der Funktionselemente und deren Befestigung an dem Haftvermittler auswirkt.
  • Wie bereits erwähnt, können zur Bereitstellung der Faserpreform vorimprägnierte Fasermaterialien verwendet werden, die bereits mit einem Matrixmaterial getränkt sind. Nach dem Anordnen des folienartigen Haftvermittlers kann sich unmittelbar der Prozessschritt des Aushärtens des Matrixmaterials anschließen.
  • Denkbar ist aber auch, dass trockene Fasermaterialien verwendet werden, aus denen die Faserpreform bereitgestellt wird, wobei nach dem Anordnen des Haftvermittlers das trockene Fasermaterial der Faserpreform in einem Infusionsprozess noch mit einem Matrixmaterial infundiert werden muss. Erst dann kann sich der Prozessschritt des Temperierens und Aushärtens des Matrixmaterials anschließen.
  • Wie bereits erwähnt, können die Funktionselemente an dem folienartigen Haftvermittler auf der ersten Seitenfläche insbesondere stoffschlüssig befestigt werden. Eine solche stoffschlüssige Verbindung lässt sich dabei erfindungsgemäßdurch das Drucken eines temperierten thermoplastischen Kunststoffes auf den folienartigen Haftvermittler realisieren. Dabei wird mit Hilfe einer 3D-Druckanlage unter Anwendung eines 3D-Druckkopfes der thermoplastische Kunststoff temperiert und somit aufgeschmolzen, sodass er im geschmolzenen Zustand und somit im temperierten Zustand auf die erste Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers auftragen lässt.
  • Hierdurch kann schichtweise das Funktionselement aufgebaut bzw. gedruckt werden. Der thermoplastische Kunststoff kann dabei mit und ohne Faserverstärkung vorgesehen sein, was je nach Anwendungsfall entschieden werden kann.
  • Beim Drucken eines thermoplastischen Kunststoffes auf die erste Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers wird aufgrund der Temperatur des aufgeschmolzenen thermoplastischen Kunststoffes das Material des folienartigen Haftvermittlers ebenfalls temperiert und ggf. leicht angeschmolzen, sodass der gedruckte thermoplastische Kunststoff des mindestens einen Funktionselementes sich stoffschlüssig mit dem Material der ersten Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers verbindet. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der folienartige Haftvermittler zumindest an dieser ersten Seitenfläche ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial besteht, sodass an der Grenzfläche zwischen dem Funktionselement und dem Haftvermittler sich die beiden Materialien vermischen und somit stoffschlüssig verbinden.
  • Nach dem Erstarren des thermoplastischen Kunststoffes des Funktionselementes kann dann der folienartige Haftvermittler endkonturnah auf die Oberfläche der Faserpreform aufgelegt werden, wobei dabei der folienartige Haftvermittler die Form bzw. Kontur der Oberfläche der Faserpreform annimmt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, wenn der thermoplastische Kunststoff der Funktionselemente sowie ggf. der thermoplastische Kunststoff der ersten Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers eine höhere Schmelztemperatur hat als die Aushärtetemperatur des Matrixmaterials des Faserverbundwerkstoffes. Hierdurch wird verhindert, dass beim Aushärten des das Fasermaterial einbettenden Matrixmaterials die Funktionselemente sowie ggf. der folienartige Haftvermittler aufgrund der Temperierung von dem herzustellenden Faserverbundbauteil beschädigt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird als Matrixmaterial ein duroplastischer Kunststoff verwendet. Dies ist insoweit besonders vorteilhaft, da die Aushärtetemperatur von duroplastischen Kunststoffen in der Regel geringer ist als die Schmelztemperatur von thermoplastischen Kunststoffen.
  • Denkbar ist hierbei, dass der folienartige Haftvermittler an seiner zweiten Seitenfläche derart ausgebildet ist, dass er zur Haftvermittlung mit dem duroplastischen Kunststoff des Faserverbundwerkstoffes in Lösung geht und beim Aushärten des duroplastischen Kunststoffes somit eine stoffschlüssige Verbindung eingeht. Hierdurch wird der folienartige Haftvermittler stoffschlüssig mit dem herzustellenden Faserverbundbauteil verbunden. Dies ist insbesondere für amorphe thermoplastische Werkstoffe wie Polysulfone (PSU). Polyethersulfone (PES), Polyetherimidi (PEI) und Polyamide (PA) nachgewiesen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein mehrschichtiger folienartiger Haftvermittler bereitgestellt, dessen erste Seitenfläche ein erstes Material aufweist, das zum stoffschlüssigen Befestigen des mindestens ein Funktionselement ausgebildet ist, und dessen zweite Seitenfläche ein zweites Material aufweist, das zum stoffschlüssigen Verbinden des folienartigen Haftvermittlers mit dem ausgehärteten Matrixmaterial ausgebildet ist. Das erste Material der ersten Seitenfläche des folienartigen Haftvermittlers kann dabei aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen oder einen solchen thermoplastischen Kunststoff aufweisen, sodass beim Drucken des Funktionselementes aus einem thermoplastischen Kunststoff das erste Material im Bereich des Funktionselementes in Schmelze übergeht und nach dem Erstarren der Thermoplasten eine stoffschlüssige Verbindung ausbildet. Das zweite Material kann dabei so ausgebildet sein, dass es beim Aushärten des Matrixmaterials, beispielsweise eines duroplastischen Matrixmaterials in Lösung mit dem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes geht, sodass nach dem Aushärten des Matrixmaterials des Faserverbundwerkstoffes eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem folienartigen Haftvermittler und dem Bauteil ausgebildet wird. Handelt es sich bei dem zweiten Material des folienartigen Haftvermittlers beispielsweise um einen thermoplastischen Kunststoff, so kann dieser so chemisch modifiziert oder von sich aus schon beschaffen sein, dass er mit einem duroplastischen Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes in Lösung gehen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der folienartige Haftvermittler nach dem Anordnen auf der Oberfläche der Faserpreform als Teil einer Vakuumabdeckung verwendet, mit der die Faserpreform vakuumdicht versiegelt wird, wobei anschließend die vakuumdicht versiegelte Faserpreform durch eine Vakuumpumpe evakuiert wird. Durch Einstellen eines Vakuums bzw. Feinvakuums in der Faserpreform kann ein nachfolgender Infusionsprozess unterstützt und ggf. das Faservolumen erhöht werden. Um zu verhindern, dass die bereits auf den Haftvermittlern befestigten Funktionselemente beim Erstellen einer Vakuumabdeckung beschädigt oder das hierdurch eine Vakuumabdeckung deutlich verkompliziert wird, kann der folienartige Haftvermittler als Teil einer Vakuumabdeckung verwendet werden, sodass der folienartige Haftvermittler nur in einem Randbereich mit einer entsprechenden Vakuumfolie bzw. Vakuumabdeckung versiegelt werden muss.
  • Dabei ist denkbar, dass in der Vakuumfolie bzw. in der Vakuumabdeckung eine Öffnung vorhanden ist, die dem folienartigen Haftvermittler entspricht, sodass der folienartige Haftvermittler mit den Funktionselementen freiliegt und die Vakuumfolie dann gegenüber dem folienartigen Haftvermittler abgedichtet bzw. versiegelt wird.
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
    • 1a) bis 1c) - schematische Darstellung beim Befestigen der Funktionselemente;
    • 2 - schematische Darstellung des Vakuumaufbaus;
    • 3 - schematische Darstellung des fertigen Bauteils.
  • In den 1a) bis 1c) wird beispielhaft der Aufbau der zusätzlichen Funktionselemente in einem ersten Verfahrensschritt gezeigt. Zunächst wird, wie in 1a) erkennbar ist, ein folienartiger Haftvermittler 10 bereitgestellt, der eine erste Seitenfläche 11 und eine zweite Seitenfläche 12 hat. Der folienartige Haftvermittler kann beispielsweise eine PEI-Folie sein, wobei die PEI-Folie als folienartiger Haftvermittler 10 optional eine Oberfläche an der ersten Seitenfläche 11 aus einem Teilkristallinen thermoplastischen Kunststoffmaterial (z.B. PEEK, PEKK) haben kann. Hierdurch soll die Anbindung der Funktionselemente, die auf die erste Seitenfläche 11 des folienartigen Haftvermittlers 10 aufgetragen werden sollen, verbessert werden.
  • Nachdem der folienartige Haftvermittler 10 in seiner dargestellten Form bereitgestellt wurde, wird nun, wie in 1b) gezeigt, das Funktionselement auf die PEI-Folie mit einem thermoplastischen Kunststoff (z.B. PES) gedruckt. Das Funktionselement 20 kann dabei beispielsweise ein Kabelclip sein, der aus zwei Schenkeln besteht, zwischen denen ein Kabel eingeklemmt werden kann. Dabei wird mit Hilfe eines Druckkopfes 100 schichtweise beginnend bei dem folienartigen Haftvermittler 10 nach oben das Funktionselement 20 schichtweise gedruckt, bis es vollständig ausgebildet ist.
  • Bei der Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffes zum Drucken des Funktionselementes 20 geht der folienartige Haftvermittler 10 an der Stelle des Druckes in eine leichte Schmelze über und verbindet sich somit stoffschlüssig mit dem gedruckten thermoplastischen Kunststoffmaterial des Funktionselementes 20. Durch eine entsprechende Beschichtung, wie vorstehend beschrieben, kann dieser Prozess und vor allem die stoffschlüssige Verbindung, verbessert werden.
  • Nachdem sämtliche Funktionselemente auf den folienartigen Haftvermittler 10 aufgedruckt wurden, wie in 1c) als Ergebnis dargestellt, kann dieser folienartige Haftvermittler 10 weiter verwendet werden.
  • Hierfür wird zunächst eine Faserpreform 30, wie in 2 gezeigt, bereitgestellt, wobei die Faserpreform 30 beispielsweise aus einer Vielzahl von Faserlagen eines Fasermaterials bestehen kann. Das Fasermaterial kann in der Phase der 2 sowohl trockenes Fasermaterial als auch vorimprägniertes Fasermaterial sein, wobei die Faserpreform 30 vorzugsweise bereits die spätere Bauteilgeometrie aufweist.
  • Auf eine Oberfläche 31 der Faserpreform 30 wird nun die zuvor bedruckte Folie bzw. der folienartige Haftvermittler 10 mit dem Funktionselement 20 aufgelegt und an der entsprechenden Position positioniert.
  • In den Randbereichen des folienartigen Haftvermittlers 10 wird nun mit Hilfe eines Siegelkits 32 der folienartige Haftvermittler 10 mit einem Vakuumaufbau 33 verbunden und vakuumdicht verschlossen bzw. abgedichtet. Damit wird der folienartige Haftvermittler 10 Teil der Vakuumabdeckung, unter der die Faserpreform angeordnet ist und die im nächsten Schritt mit Hilfe einer Vakuumpumpe evakuiert wird. In dieser Ausführungsform bedarf es keiner weiteren Maßnahmen zum Schutz des gedruckten Funktionselementes 20 bei Herstellung des Vakuumaufbaus.
  • Handelt es sich bei dem Fasermaterial der Faserpreform 30 um trockenes Fasermaterial, so wird anschließend nach dem Evakuieren der Faserpreform 30 das Matrixmaterial infundiert. Nach dem Infundieren des Matrixmaterials wird sodann das Matrixmaterial unter Temperaturbeeinflussung zusammen mit dem Haftvermittler 10 ausgehärtet, sodass sich, wie in 3 gezeigt, eine Faserverbundstruktur 40 mit örtlich selektiv integriertem Funktionselement 20 ergibt, dass stoffschlüssig und integral mit dem Bauteil 40 verbunden ist.
  • Bezugszeichenliste:
  • 10
    folienartiger Haftvermittler
    11
    erste Seitenfläche
    12
    zweite Seitenfläche
    20
    Funktionselement
    30
    Faserpreform
    31
    Oberfläche der Faserpreform
    32
    Siegelkit
    33
    Vakuumaufbau
    40
    Faserverbundbauteil
    100
    Druckkopf

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (40) mit mehreren nicht-strukturellen, örtlich selektiv integrierten Funktionselementen (20), wobei das Faserverbundbauteil (40) aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial gebildet und die Funktionselemente (20) an einer Oberfläche des Faserverbundbauteils (40) angeordnet werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen eines folienartigen Haftvermittlers (10), der eine erste Seitenfläche (11) zum Befestigen der Funktionselemente (20) und eine der ersten Seitenfläche (11) gegenüberliegende zweite Seitenfläche (12) zum stoffschlüssigen Verbinden mit dem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes hat; - Befestigen der Funktionselemente (20) auf der ersten Seitenfläche (11) des folienartigen Haftvermittlers (10); - Bereitstellen einer Faserpreform (30) aus zumindest dem Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes; - Anordnen des folienartigen Haftvermittlers (10) mit der zweiten Seitenfläche (12) auf einer Oberfläche der Faserpreform (31); und - Aushärten des das Fasermaterial der Faserpreform (30) einbettenden Matrixmaterials zusammen mit dem an der Oberfläche der Faserpreform (31) angeordneten folienartigen Haftvermittler (10) durch Temperierung - wobei die Funktionselemente (20) aus einem thermoplastischen Kunststoff unter Temperierung des Kunststoffes auf die erste Seitenfläche (11) des folienartigen Haftvermittlers (10) gedruckt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserpreform (30) aus bereits vorimprägniertem Fasermaterial bereitgestellt wird, bei dem das Matrixmaterial bereits das Fasermaterial einbettet, oder dass die Faserpreform (30) aus trockenem Fasermaterial bereitgestellt wird, wobei vor dem Schritt des Aushärtens das Matrixmaterial in das Fasermaterial infundiert wird, um das Fasermaterial durch das Matrixmaterial einzubetten.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente (20) auf der ersten Seitenfläche (11) des folienartigen Haftvermittlers (10) stoffschlüssig befestigt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffes der Funktionselemente (20) höher ist als die Aushärtetemperatur des Matrixmaterials des Faserverbundwerkstoffes.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes ein duroplastisches Kunststoffmaterial ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrschichtiger folienartiger Haftvermittler (10) bereitgestellt wird, dessen erste Seitenfläche (11) ein erstes Material aufweist, das zum stoffschlüssigen Befestigen der Funktionselemente (20) ausgebildet ist, und dessen zweite Seitenfläche (12) ein zweites Material aufweist, das zum stoffschlüssigen Verbinden des folienartigen Haftvermittlers (10) mit dem ausgehärteten Matrixmaterial ausgebildet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein thermoplastisches Kunststoffmaterial des folienartigen Haftvermittlers (10) beim Aushärten eines duroplastischen Matrixmaterials, welches das Fasermaterial einbettet, in Lösung mit dem duroplastischen Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes geht, so dass nach dem Aushärten des duroplastischen Matrixmaterials des Faserverbundwerkstoffes eine stoffschlüssige Verbindung mit dem thermoplastischen Kunststoffmaterial des folienartigen Haftvermittlers (10) ausgebildet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der folienartige Haftvermittler (10) nach dem Anordnen auf der Oberfläche der Faserpreform (31) als Teil einer Vakuumabdeckung verwendet wird, mit der die Faserpreform (30) vakuumdicht versiegelt wird, sodass der folienartige Haftvermittler (10) nur in einem Randbereich mit der Vakuumabdeckung versiegelt werden muss, wobei anschließend die vakuumdicht versiegelte Faserpreform (30) durch eine Vakuumpumpe evakuiert wird.
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