In-situ-Konsolidierung von endlosfaserverstärkten UD-Tapes auf 3D-gedruckten Kernstrukturen (Masterarbeit)

Abstract

Im Rahmen des Projekts IRAS (Integrated Research Platform for Affordable Satellites) entwickelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) neue Bauweisen und Entwicklungsmethoden für kostengünstige Satellitenkonstellationen. Diese Arbeit befasst sich mit einer neuartigen Prozesskombination aus 3D-Druck und Tapelegeverfahren (AFP), mit der Sandwichstrukturen für Satellitenbauteile gefertigt werden können. Aus dem mit Kohlenstofffasern verstärkten Hochleistungsthermoplasten PEEK werden zunächst verschiedene Kerne gedruckt. Diese weisen eine Wabenform auf und unterscheiden sich in ihrer Zellgröße und teilweise verdickten Wänden. Mit Hilfe des Tapelegeverfahrens wird eine Deckschicht aus PEEK-Prepreg-Tapes direkt auf die gedruckten Kerne aufgebracht. Die Verbindung erfolgt in-situ durch Aufschmelzen beider Komponenten mittels eines Lasers. Die Temperaturverläufe während des AFP-Prozesses werden aufgezeichnet und analysiert. Mit Scherzugversuchen und Schälversuchen wird die Verbindung anschließend geprüft. Die Untersuchungen ergeben eine Erhöhung der Festigkeit, Steifigkeit und des Schälwiderstands bei zunehmendem Oberflächenbedeckungsgrad. Die Verbindungsqualität auf physikalischer Ebene ist unabhängig vom Oberflächenbedeckungsgrad bzgl. der Festigkeit und Steifigkeit und nimmt bzgl. des Schälwiderstands mit zunehmendem Oberflächenbedeckungsgrad ab. Ein Einfluss der AFP-Temperatur auf die Festigkeit und Steifigkeit kann nicht festgestellt werden, auf den Schälwiderstand wirkt sich eine höhere AFP-Temperatur positiv aus.