3D Reparatur von thermoplastischen Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen durch CFK-Strukturen auf Basis kontinuierlicher Faserverstärkung (ThermoRep3D); Teilvorhaben: Entwicklung einer laserbasierten Reparaturvorbereitung für thermoplastische CFK-Strukturen; im Rahmen des nationalen zivilen Luftfahrtforschungsprogramms VI-2, zweiter Programmaufruf des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWE)

Abstract

Kohlenstofffaserverstärkte Verbundstrukturen finden in der Luftfahrt zunehmend Anwendung. Dabei steigt der Anteil von thermoplastischen gegenüber duromeren Matrix-Materialien, da diese Vorteile bei der Herstellung, Verarbeitung und Recyclingfähigkeit aufweisen. Das Projekt ThermoRep3D befasst sich mit der Reparatur komplexer, gekrümmter thermoplastischer Strukturbauteile durch den Einsatz von schadensfall- und lastangepassten Patches. Im Fokus steht die Erforschung von Tailored und Automated Fibre Placement (TFP/AFP) zur Erzeugung individueller kraftflussgerechter Patches, ein konturgenauer Zuschnitt der Patches mittels Laser, ein präziser laserbasierter 3D-Abtragsprozess sowie ein optimiertes Fügeverfahren. Das TFP-Verfahren bietet den Vorteil, dass individuelle maßgeschneiderte Patchpreforms hergestellt werden können, keine Werkzeuge benötigt werden und die Fertigung auch bei geringen Stückzahlen wirtschaftlich ist. Da beschädigte Bereiche an Flugzeugen überwiegend individuelle Erscheinungsbilder aufweisen, bietet sich dieses Verfahren zur Reparatur an. Das FIBRE wird erstmalig maßgeschneiderte, gekrümmte last- und schadensfallangepasste thermoplastische 3D-Patch-Strukturen herstellen. Das LZH entwickelt parallel dazu den Schneidprozess der Patch-Strukturen und die zugehörige Anlagentechnik. Das Fügen der 3D-Patches erfolgt über das Pressschweißverfahren am FIBRE. Zur Kostenreduktion und effizienten Nutzung soll die Konsolidierung und das Einschweißen der 3D-Patches in die gekrümmte, geschäftete Struktur mit einem einzelnen, modularen Werkzeug erfolgen. Zur Förderung einer effizienteren Luftfahrt bietet der Prozess die Möglichkeit für schnelle, schadensfall- und lastangepasste Reparaturen von dreidimensionalen Faserverbundstrukturen, um Standzeiten zu reduzieren und Wartungsintervalle zu verlängern. Fokker Aerostructures/GKN, VEW GmbH, Lufthansa Technik AG, Toray Industries Europe GmbH und msquare GmbH haben das Projekt unterstützt.