Teilprojekt A5

Derzeit werden bei der Fertigung von adaptiven Leichtbaustrukturen aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen die piezokeramischen Funktionsmodule (Aktuatoren, Sensoren) erst nach der Strukturherstellung in einem zusätzlichen aufwändigen Montageschritt, der einer effizienten Großserienfertigung noch entgegensteht, auf der Oberfläche appliziert (meist klebtechnisch). Zudem basieren die kommerziell verfügbaren Funktionsmodule auf Polyimid-(PI-) Trägerfolien, die sich nur schwer in Faser-Kunststoff-Verbund-(FKV-) Strukturen etwa mit Polyamid-(PA-) bzw. Polyetheretherketon-(PEEK-) Matrix einbinden lassen. Für den im SFB/TR 39 geplanten Übergang von einer derartigen montageorientierten hin zu einer serienfähigen technologieorientierten Integration thermoplastverbundkompatibler Funktionsmodule sind daher neue Lösungsansätze erforderlich, die ganzheitlich sowohl den Fertigungsrestriktionen als auch der Anbindungsproblematik „Funktionsmodul/Faser-Kunststoff-Verbundstruktur“ etwa hinsichtlich Delamination Rechnung tragen.
Ziel des Teilprojektes ist daher die systematische Entwicklung von neuartigen thermoplastverbundkompatiblen Piezokeramik-Modulen (TPM), deren Trägerfolie bereits stofflich auf den Matrixwerkstoff der Thermoplast-Verbundstruktur abgestimmt ist, sowie die Entwicklung zugehöriger großserienfähiger Produktionstechnologien. Durch gezieltes „Anschmelzen“ der thermoplastischen Komponenten von TPM und FKV lässt sich somit im Direktverfahren (TP B4) – ohne klebtechnische Montage – eine homogene Anbindung zwischen Funktionsmodul und Verbundstruktur einstellen.

Im zweiten Antragszeitraum sollen die bereits erarbeiteten grundlegenden Piezokeramik-Module mit PA- bzw. PEEK-Trägerfolie weiterentwickelt und mittels eines neuartigen quasi-kontinuierlichen Fertigungsprozesses hergestellt werden. Besonderes Augenmerk liegt neben dem technologie- und werkstoffgerechten Strukturentwurf auf der funktionellen Erweiterung des Moduldesigns hinsichtlich unterschiedlicher Funktionsprinzipien (d33- und d31-Prinzipien) und der Verwendung auch anisotroper Trägerfolien. Darüber hinaus soll die im ersten Antragszeitraum eigens konzipierte und aufgebaute unikale Modul-Fertigungseinrichtung – bestehend aus Konfektionierung und heißpresstechnischer Modulkonsolidierung – durch die Prozessschritte Elektrodierung und Bestückung mit dem Ziel einer durchgängigen Fertigungsprozesskette komplettiert werden. Durch begleitende Prozesssimulationen und Prozesskettenanalysen sind die technisch-technologischen Wechselwirkungen aufeinander abzustimmen. Dabei sollen die technologischen Einflüsse auf die die technischen Eigenschaften der TPM analysiert und im Rückschluss die technologischen Parameter zur gezielten Einstellung definierter technischer Eigenschaften angepasst werden.