Bringt Tailored Fiber Placement die Renaissance der Textilindustrie?

Kohlefasertechnik bzw. Carbonfasertechnik ist nicht erst seit der Formel-1 ein bekannter Begriff. Mit neuen Ansätzen wird jetzt ein alter Wirtschaftszweig neu belebt.

Mittels Tailored Fiber Placement kann man ideal geformte Werkstücke aus den extrem reißfesten Carbonfasern herstellen, die die auf sie wirkenden Kräfte optimal ableiten können. Hierbei ist durch Einsatz einer geeigneten CAD-Software auch eine optimale dreidimensionale Form möglich.

Was ist Tailored Fiber Placement?

Tailored Fiber Placement - kurz TFP - ist eine Weiterentwicklung in der Karbonfasertechnik. Wörtlich übersetzt bedeutet dies etwa "Maßgeschneiderte Faserplatzierung". Das Verfahren wurde erstmals zu Beginn der 1990er Jahre vom Leibnitz-Institut für Polymerforschung vorgestellt. Die Grundtechnik basiert auf dem lange bekannten Verfahren der Stickerei.
Herkömmliche Karbonfaserbausteine waren gewebte Matten die sich wie eine Folie verlegen ließen. Bei dreidimensionalen Strukturen ergeben sich dabei mehrere Probleme:

Zum einen hat eine gleichmäßig gewebte Matte - insbesondere eine, bei denen die Fasern praktisch keine Dehnfähigkeit haben - bei einer Auflage auf einen dreidimensionalen, unregelmäßigen Körper immer das Problem des Faltenwurfs.

Zum anderen hat eine gleichmäßig gewebte Matte bzw. Stoffbahn auch in jede Richtung die gleiche Festigkeit entsprechend ihrer Webstruktur.

Beim Tailored Fiber Placement werden diese Probleme gelöst. Hierbei werden die Kohlefaserstränge so in Form gelegt, dass eine Faltenbildung bei Auflage in die dritte Dimension ausgeschlossen ist. Ebenso werden die Fasern so angeordnet, dass sie die aufgetragenen Kräfte optimal ableiten können. Daher kann ein in TFP gefertigtes Werkstück eine optimale Festigkeit für seinen Einsatzfall haben.

Um dies zu erreichen, muss die Verlegung der einzelnen Faserstränge mit Hilfe spezieller CAD-Software vorgeplant werden. Eine anschließende Fertigung in einem Robotersystem ist kein Problem.

Titelbild / Bildnachweis: Wikipedia, Fotograf SPI IPF

Videos über Fiber Placement auf Youtube

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Was bedeutet TFP für die Industrie?

Da die Kohlefasertechnik auf Bereiche zurückgreift, die die deutsche Industrie bereits seit über einhundert Jahren beherrscht, darf man ihr sicherlich eine sehr hohe Bedeutung für die Zukunft beimessen.

Kohlefasermatten werden wie Stoffe gewebt und Tailored Fiber Placement basiert auf Stickverfahren. Beides sind Verfahren, die einen extrem hohen Automatisierungsgrad erreicht haben. Daher können Carbonfaser-Produkte schnell und kostengünstig hergestelt werden.

Diese Produkte haben neben dem Preis als Vorteil eine oft erheblich höhere Festigkeit bei deutlicher Gewichtseinsparung. Durch die Verbreitung dieser Technik wird man diese Produkte in Zukunft nicht nur in der Raumfahrt, Luftfahrt oder Formel-1 finden. Vielmehr darf erwartet werden, dass Kohlefaserprodukte, insbesondere auf TFP basierend auch in vielen anderen Produkten eingesetzt werden.

Die Bandbreite wird von Maschinen, Elektrogeräten über Sportgeräte bis hin zu Baustoffen gehen. In Mountain-Bikes finden sich bereits Werkstücke, die im TFP-Verfahren hergestellt wurden.

Experten erwarten den Einzug der TFP-Technik innerhalb der nächsten ein bis zwei Dekaden sogar auch im Baugewerbe. Hier können entsprechend gefertigte TFP-Werkstücke beispielsweise den Armierungsstahl um Beton ersetzen. Entsprechende versuche laufen bereits. Besonders für Spannbeton-Bauteile könnte hier ein weiterer Entwicklungsschritt nahe rücken.

Durch den Einsatz von TFP-Verfahren in der Massenfertigung könne die tot gesagte Textilindustrie eine zweite Chance erhalten.

Über den Autor dieses Artikels: Peter Dreuw