Das EmpowerAX Demobauteil – Additive Funktionalisierung einer mehrfach gekrümmten Schale
Der Exponat EmpowerAX ist ein Gemeinschaftsprojekt im DLR Innovation Lab EmpowerAX. Führende Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen haben sich zusammengeschlossen, um zu demonstrieren, wie eine duroplastische, mehrfach gekrümmte Schale mit hochleistungsfähigen kurz- und endlosfaserverstärkten Thermoplasten zu überdrucken ist. Die gesamte Prozesskette einschließlich topologie-optimiertem Design, Bahnplanung, Prozess-Simulation, Druck sowie Qualitätssicherung wird vom DLR und zwölf internationalen Industriepartnern abgedeckt.
Basis der EmpowerAX-Demonstration ist eine mehrfach gekrümmte Schalenstruktur mit einer Größe von einem Quadratmeter. Sie wurde in einem konventionellen Harzinfusionsverfahren unter Verwendung eines quasi-isotropen gewebten Kohlenstofffaser-Stacks und eines bei 180 Grad Celsius ausgehärteten Epoxidharzes in Luft- und Raumfahrtqualität hergestellt. Die Schale wurde vom DLR mit einer thermoplastischen PEI-Oberflächenschicht überzogen, die direkt im Infusions- und Aushärtungsprozess aufgebracht und mit dem Bauteil verbunden wurde, um eine direkte „Überdruckung“ zu ermöglichen. Die Grundstruktur ist aus einer Luft- und Raumfahrtanwendung abgeleitet. Als Konstruktionsanforderung wurde eine Landung mit einer Geschwindigkeit von etwa 360 Kilometer pro Stunde bei gleichzeitigem Front- und Seitenwind angenommen. Damit diese mehrfach gekrümmte Schale den Anforderungen der endgültigen Anwendung standhält, ist eine lokale Versteifung erforderlich.
Dies geschieht mithilfe einer für den Lastfall ausgelegten Rippenstruktur, die anschließend im robotergestützten 3D-Druck mit kurzfaserverstärktem Hochleistungsthermoplast (SFRP) aufgebracht wird. Diese wird dann wiederum punktuell mit einem endlosfaserverstärkten Hochleistungsthermoplast (CFK) versteift.
Ziel des EmpowerAX-Demobauteils ist es, das Konzept der additiven Funktionalisierung und die industriell verfügbare Prozesskette darzustellen. Darüber hinaus demonstriert das Bauteil die Möglichkeit, duroplastische und thermoplastische Matrizen sowie kurz- und endlosfaserverstärkte Werkstoffe zu kombinieren, um die Leistungsfähigkeit zu optimieren.
Links:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Systemleichtbau
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