Die Kombination des Automated Fiber Placement (AFP)-Verfahrens mit thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen ermöglicht durch die in-situ-Konsolidierung die kostengünstige Fertigung von lastoptimierten Faserverbundwerkstoffen. Bei einer Verwendung von Hochleistungspolymeren wie Polyetheretherketon (PEEK) ergibt sich ein großes Potential für die Herstellung leichter, vielseitiger und und gleichzeitig hoch belastbarer Bauteile.

Eine Herausforderung stellen dabei die bei der in-situ-Konsolidierung auftretenden hohen Temperaturgefälle dar. Die Abkühlgeschwindigkeit beeinflusst die Kristallinität der PEEK-Matrix und damit die thermischen und Mechanischen Eigenschaften des Polymers.

Um den komplexen Zusammenhang zwischen den Fertigungsparametern und dem Verhalten des Materials bei der In-situ-Konsolidierung genau abzubilden, wurde eine physikalische Simulation des Ablegeprozesses entwickelt, die es ermöglicht, sowohl das Auftragen des Materials als auch die durch den Fertigungsprozess erzeugten Wärmeströme in einer Finite-Elemente-Simulation (FEM) darzustellen. Diese Methode ermöglicht die Vorhersage des thermischen Verlaufs während des Fertigungsprozesses und die gleichzeitige Berechnung der zu erreichenden Kristallinität der PEEK-Matrix. Zur Überprüfung und Kalibrierung der Ergebnisse wurden Versuche zur Aufnahme der thermischen Ströme zusammen mit der AFPT GmbH (Dörth, Deutschland) durchgeführt.

Basierend auf dem praktischen Anwendungsfall der Herstellung eines Tanks für die Lagerung von kryogenem Wasserstoff im Rahmen des Förderprojektes LeiWaCo widmet sich dieser Vortrag der Entwicklung und Kalibrierung des FEM-Modells. Es werden die Möglichkeiten und Grenzen des Models dargestellt sowie ein Ausblick auf kommende Entwicklungen im Bereich der Fertigungssimulation gegeben.