Weiterentwicklung eines automatisierten Prozesses zur Modifizierung von Fügestellen faserverstärkter thermoplastischer Strukturbauteile durch additiven Materialauftrag (Masterarbeit)

Abstract

Thermoplastische Verbundwerkstoffe gewinnen in der Luft- und Raumfahrtindustrie an Relevanz. Aufgrund ihrer vielen Vorteile, wie der einfachen Integration von Funktionen, der reduzierten Produktionszeit, dem geringen Abfallaufkommen und der Recyclingfähigkeit werden sie zunehmend als Ersatz für ihre metallischen und duroplastischen Pendants eingesetzt. Das zuverlässige und reproduzierbare Fügen von endlosfaserverstärkten thermoplastischen Laminaten mit konstanten mechanischen Eigenschaften bleibt jedoch eine Herausforderung. Ziel dieser Arbeit ist es daher, einen automatisierten Prozess zum Aufbringen thermoplastischen Materials als Energierichtungsgeber auf faserverstärkte thermoplastische Laminate weiterzuentwickeln. Ermöglicht wird dieser Prozess durch den WeldSealer, ein robotergeführtes Werkzeug, das am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Augsburg entwickelt wurde. Mit dem WeldSealer können auch Schweißkanten von thermoplastischen Laminaten versiegelt werden, um die Tragfähigkeit zu erhöhen und die Schweißnaht vor Umwelteinflüssen zu schützen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Soft- und Hardware des WeldSealer optimiert, um die Verbindung zwischen Laminat und Zusatzwerkstoff zu verbessern und die Verarbeitung einiger der wichtigsten thermoplastischen Materialien zu ermöglichen, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet werden: PPS, LM-PAEK und PEI. Um die Verbesserungen zu validieren, wurden Probekörper hergestellt und mittels Mikroskopie und Zugprüfung getestet. Darüber hinaus wurde das WeldSealer-Verfahren für mehrere industrienahe Anwendungen eingesetzt.