Open Access Artikel verfügbar: Adhesion-cohesion balance of prepreg tack in thermoset automated fiber placement. Part 1: Adhesion and surface wetting

The constitution of prepreg tack in automated fiber placement (AFP) is affected by a sensitive balance between adhesive interfacial bond strength and cohesive strength of the prepreg resin. In an effort to explore the role of interfacial liquid-solid interaction on the tack of commercial aerospace-grade epoxy prepreg, a surface wetting analysis was performed on AFP-related substrates. The standard test liquid combination water/diiodmethane and extracted neat epoxy resin were used for contact angle measurement employing the sessile drop method and the Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) model. Additional rheological and topographical analyses were carried out to account for viscous resin flow on surfaces of different roughness. The results from the material characterization are discussed against the background of tack measurement by probe tack testing utilizing a rheometer. Significant differences between the investigated surfaces in terms of both the maximum tack level and the onset temperatures of adhesion were found as a function of test parameters relevant for contact formation. General agreement with the experimental tack results was observed employing a topographically extended version of the Dahlquist criterion. For each substrate, a temperature-dependent critical storage modulus could be determined that conforms to the onset temperature of tackiness. Contact angle measurements revealed a correlation between the thermodynamic work of adhesion and maximum tack and, moreover, the tack onset in the adhesive regime when additionally incorporating surface topography. Matching ratios of polar and dispersive surface free energy and surface tension components were found to favor the molecular interaction at the interface between prepreg resin and substrate.

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AGRILIGHT – BMWi bewilligt 1,8 Mio. Euro für Leichtbauforschung in der Landmaschinentechnik

Leichtbau für starke, tonnenschwere Maschinen: IFW und PuK überführen gemeinsam mit Landmaschinenhersteller Krone und dem Leichtbauexperten M+D Composites Technology GmbH den Feldhäcksler BiG X in ein Leichtbaukonzept. 

In den vergangenen Jahrzehnten ist die Leistungsfähigkeit landwirtschaftlicher Erntemaschinen stark gestiegen. Größere Feldabschnitte werden durch größere und schwerere Maschinen in einem Arbeitsgang bearbeitet. Das gestiegene Gewicht bringt die Hersteller jedoch an die Grenzen der straßenverkehrsrechtlichen Zulässigkeit. Und: Anwender sehen sich mit einer stärkeren Bodenverdichtung auf den Agrarflächen konfrontiert.

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit 1,8 Mio. Euro geförderten Projekt AGRILIGHT sollen Leichtbautechnologien zu einem niedrigeren Gesamtgewicht des BIG X beitragen und so den bestehenden Konflikt auflösen, indem der ein-tonnenschwere Hauptrahmen des Feldhäckslers in ein Leichtbaukonzept überführt wird.

Die Projektpartner wollen in dem jüngst gestarteten Forschungsprojekt zunächst das Strukturkonzept des schweren Hauptrahmens sowie anliegender Funktionseinheiten analysieren und grundlegend in einen faserverbundgerechten, funktionsorientierten Leichtbau-Strukturentwurf aus Glasfaser- und Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen neu aufbauen.

Eine besondere Herausforderung ist die Vielzahl an unterschiedlichen Fügestellen, deren beanspruchungsgerechte Überführung in das neue Leichtbaukonzept unter Berücksichtigung der verschiedenen neuen Werkstoffe und deren, zum Teil grundlegend unterschiedlichen, mechanischen, elektrischen und chemischen Materialeigenschaften erfolgen wird. Da bestehende form-, kraft- und stoffschlüssige Fügemethoden beibehalten werden sollen, erhält die Faserverbundstruktur in den Anbindungsbereichen einen hybriden Strukturaufbau. Grundlage dafür stellen die im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1712 Intrinsische Hybridverbunde erlangten Erfahrungen mit der Multilayer-Insert-Technologie dar. 

Gleichzeitig verlangen Faserverbunde andere Fertigungsverfahren, bieten damit aber auch neue Formgebungsmöglichkeiten, wie z. B. aus der Luftfahrt bekannt. Es werden von M+D unterschiedliche Bauweisen konzipiert und bewerte, von differentiellen Strukturkonzepten, die mit herkömmlichen Faserverbundhalbzeugen einen sehr flexiblen Aufbau erlauben, bis hin zu hochintegralen Monocoque-Lösungen, bei denen ein fasergerechter Entwurf seine Vorzüge im Hinblick auf den Leichtbau und die maximale Gewichtsreduktion ausspielen kann.

Schlussendlich wird das neue Leichtbau-Rahmenkonzept in einem praxisnahen Validierungsexperiment von Krone in Zusammenarbeit mit allen Partnern untersucht. Hier werden unterschiedliche Belastungsszenarien des realen Einsatzes in einem dafür konzipierten Prüfstand simuliert. Aus den hier gewonnenen Testergebnissen leiten die Projektpartner fundierte Aussagen über eine mögliche Serientauglichkeit des Leichtbaurahmens ab. Gelingt es, den Rahmen mittels neuer Verbundstoffe und neuer Formgebung deutlich leichter zu gestalten, wäre dies ein wegweisender Schritt für die gesamte Landtechnikbranche.

Sustainable Marine adopts German Aerospace and Wind Energy Technology to advance Tidal Turbine Blades

Together with our partners from  and  we started the project #EVOFoil optimizing the performance of tidal turbine foils for renewable #TidalEnergy, financed by the National Research Council of Canada (NRC) and the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi). Our research is focused on a new material concept to improve the mechanical behavior of the foil to counteract the various loads under seawater conditions. This implicates the adoption of the hybrid technology #Multilayer-Insert to enable the load carrying areas of the foil to be partially reinforced with thin metallic sheets, improving adaption to the turbine drive shaft boosting durability and strength.
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Open-Acces-Artikel über das kontinuierliche Drapieren formkomplexer Faserverbundstrukturen erschienen: Development of a Shape Replicating Draping Unit for Continuous Layup of Unidirectional Non-Crimp Fabrics on Complex Surface Geometries

The manufacturing of large-scale structural components is still dominated by manual labor in many sectors of the modern composite industry. Efforts are being made to establish an automated layup technology for complex structural elements. Processing dry non-crimp fiber fabrics (NCF) offers great cost opportunities and high deposition rates, compared to prepreg-based technologies like automated fiber placement (AFP). Here, the fabric architecture is considered during the draping of the plane textile on curved surfaces. In this paper, the development of a draping unit for balancing fabric tension and consolidating continuously across the layup width is presented. We introduce a geometrical process model to achieve a fabric-friendly draping of the used unidirectional NCF. The shape of the resulting draping front depends on the surface geometry, the shearing of the previously laid-up textile, and the positioning of the material feed. To consolidate the fabric at the altering draping front in an automated layup process, the shape of the continuous consolidation element can be controlled by the elongation of serial soft actuators, manipulated by parallel robot kinematics. The shape replication ability of the draping unit is promising for the implementation of a continuous, fabric-friendly draping process for complex surface geometries.

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Open-Acces-Artikel über die Simulation von Eigenspannungen in geschweißten Thermoplast-Strukturen erschienen: Numerical Investigation of Residual Stresses in Welded Thermoplastic CFRP Structures

Using thermoplastics as the matrix in carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) offers the possibility to make use of welded joints, which results in weight savings compared to conventional joining methods using mechanical fasteners. In this paper, the resulting temperature distribution in the material due to resistance welding is investigated by transient finite element (FE) simulations. To examine the effects on the component structure, a numerical modeling approach is created, which allows determining the residual stresses caused by the welding process. It is shown that the area of the structure, especially near the joining zone, is highly affected by the process, especially in terms of residual stresses. In particular, the stresses perpendicular to the fiber direction show failure relevant values, which might lead to the formation of microcracks in the matrix. In turn, that is assumed to be critical in terms of the fatigue of welded composite structures. Thus, the suggested modeling approach provides residual stresses that can be used to determine their effects on the strength, structural stability, and fatigue of such composite structures.

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Neuer Beitrag zum Thema Energieeffizient und ressourcenschonend: Thermoplastische Faserverbundkunststoffe auf LinkedIn

Some days ago, we put our latest experimental fiber placement rig into operation. It is part of the research project #JoinTHIS, in which we, among other things, develop and investigate the lay-up of #ThermoplasticComposites. Core of our self-developed fiber placement head is a 2,4 kW #VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) laser from TRUMPF. While the head is currently under construction, the laser was proved and tested successfully.

 

 

DFG SPP1712 Multilayer-Inserts: Ergebnispräsentation auf der Hybrid 2020

Multilayer-Inserts bieten für Mischbauweisen von Faserverbundwerkstoffen mit metallischen Werkstoffen eine optimale Verbindungstechnologie mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Eine deutlich gesteigerte Leistungsfähigkeit für das Einleiten von Kräften in dünnwandige Faserverbundstrukturen konnte im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1712 „Intrinsische Hybridverbunde“ durch den Einsatz lokaler Hybridstrukturen, die in Form von metallischen Einzellagen im Bereich der Krafteinleitung vorliegen, erzielt und nachgewiesen werden. Dabei substituieren die metallischen Einzellagen örtlich Faserlagen in gleicher Dicke. Der schichtweise Aufbau bewirkt eine Vergrößerung der Überlappungsfügung zwischen den Metalllagen und dem umgebenden Laminat und realisiert eine Einleitung der angreifenden Kraft in alle Laminatlagen mit einem in Zentrum befindlichen reinmetallischen Kern.

Auf der vom 28.4. bis zum 29.4. stattfindenden Hybrid 2020 werden die in den vergangenen sechs Jahren erzielten Ergebnisse, wie zurzeit üblich über eine Web-Konferenz, präsentiert. Wir bedanken uns herzlich bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung dieses Schwerpunktprogramms 1712 “Intrinsische Hybridverbunde” und damit unserer interdisziplinären Forschung.

Mehr zum Thema und auch zu allen weiteren Projekten auf dem YouTube Kanal des SPP1712:

SAVE THE DATE: Industrieworkshop – Flexible Technologien für die Produktion individualisierter CFK-Strukturen

Am 02. März 2017 findet der 1. Industrieworkshop unseres Projektes „Flexible Technologien für die Produktion individualisierter CFK-Strukturen“ (FlexProCFK) statt. Mit der Veranstaltung richten wir uns an Sie als Experten im Bereich Leichtbauproduktion mit Faserkunststoffverbunden.

Wir bieten Ihnen Fachvorträge zu folgenden Themen:

  • Effizienzsteigerung in der manuellen Herstellung von Faserkunststoff-Verbundstrukturen
  • Automatisierte Fertigungsmethoden für Faserkunststoff-Verbundstrukturen

Während des Workshops haben Sie die Möglichkeit, gemeinsam mit uns und weiteren Experten die Anforderungen an eine flexibilisierte Fertigungstechnologie im Hinblick auf Bauteilspektren, Materialien und Bauweisen zu definieren.

Zudem haben Sie die Gelegenheit, als assoziierter Partner die Entwicklung des Projekts und der Technologie mit zu verfolgen und durch Ihre Teilnahme an weiteren Veranstaltungen mit zu gestalten.

Die eintägige Veranstaltung ermöglicht es Ihnen, sich zu informieren, Kontakte zu knüpfen sowie unseren Forschungsstandort am CFK Nord kennen zu lernen.

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an Herrn Dr. Schmidt.