Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
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Tapebasierte Leichtbaustrukturen

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Hohe Festigkeit bei geringem Gewicht: Diese Kombination macht Tape-basierte Leichtbaustrukturen so attraktiv, etwa für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in anderen Industrien. Dabei werden dünne, flexible und mit Verstärkungsfasern versehene Materialien (Tapes) in Schichten übereinandergelegt und meist mit Harzen oder Klebstoffen verbunden. Typische Anwendungsfelder für Bauteile aus Tape-Halbzeugen sind Rumpfteile von Flugzeugen, Karosserieteile im Automobilbau oder Sportgeräte.

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Auf der Optimierung und Weiterentwicklung solcher Lösungen durch material- und verfahrenstechnische Lösungen liegt einer der Forschungsschwerpunkte am Fraunhofer IMWS. Insbesondere bieten wir innovative Ansätze für die Kombination von kurz- und endlosfaserverstärkten Thermoplasten in hybriden Bauweisen und Herstellungsprozessen. Dadurch lassen sich die Vorteile der jeweiligen Thermoplastegruppe (hohe mechanische Eigenschaften / komplexe Formgebung) verbinden. Dies eröffnet zudem neue Anwendungsmöglichkeiten für Tape-Halbzeuge, die sich durch hohe Materialeffizienz besonders wirtschaftlich herstellen lassen.

Unsere Expertise umfasst beispielsweise:

  • Materialentwicklung für Tape-Halbzeuge: Besondere Kompetenzen liegen in endlosfaserverstärkten UD-Tapes. Diese Materialien bestehen aus langen, kontinuierlichen Fasern, die in einer einzigen Richtung (unidirektional) angeordnet sind und in eine Matrix (z. B. Harz) eingebettet sind. Dies ermöglicht bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit und Steifigkeit in der Richtung der Fasern, womit Bauteileigenschaften individuell auf Lastverläufe angepasst werden können.
  • Optimierung von Herstellungsprozessen: eigenschaftsoptimiertes und maßgeschneidertes Tape-Legen (2D und 3D), Laminatentwicklung, Hybrid-Spritzgusstechnologie in Kombination mit Thermoformen von Laminateinlegern, lastgerechte Endlosfaserverstärkung, Kombination mit 3D-Druck, Einsatz von Bio- und Recycling-Halbzeugen
  • Umfangreiche Ausstattung zum Spritzguss in unterschiedlichen Größenordnungen, einschließlich Kapazitäten für Industrie-Kleinserien
  • Bauteilentwicklung: werkstoffgerechtes Design, Validierung an Demonstratoren, Fertigung von Prototypen, Nullserien, Kleinserien und Abmusterungen
  • Simulation und Bewertung von Tape-basierten Leichtbaustrukturen

Dabei findet am Fraunhofer IMWS der Zusammenhang zwischen Material, Verarbeitungseinflüssen und den resultierenden Werkstoff- und Halbzeugeigenschaften besondere Beachtung. Die Umsetzung prozesstechnischer Aufgabestellungen erfolgt vom Labor- bis in den Pilotmaßstab, damit eine flexible und schnelle Überführung von Entwicklungsergebnissen in die industrielle Anwendung möglich wird.