This article describes a new process approach, based on a combination of thermoforming and in-situ tape placement for the build-up of locally load-related, reinforced multi-material-systems based on polymer-polymer-hybrids. The process is evaluated and compared with state-of-the-art technologies.
A techno-economic analysis is presented for a case study, considering the cost-efficiency throughout the complete development in a process-based and stepwise differentiation approach. Compared to other competing concepts the novel concept offers the potential for reducing the unit costs at large-scale production scenarios.
HolschuhR., MitschangP. and SchledjewskiR.Controlled Influence of Component Properties using Hybrid Techniques by Combining different Lightweight Structures. In: 18th International Conference on Composite Materials, Jeju Island, Korea, (2011).
2.
HolschuhR. and MitschangP.Impact of the Manufacturing Process of Locally Load-related Reinforced Composites on the Interface Behavior. In: 19th International Conference on Composite Materials, Montréal, Canada, (2013).
3.
HolschuhR., BeckerD. and MitschangP.Cost Competitiveness of Hybrid Structures Based on Thermoplastic In-Situ Tape-Placement Process. In: SAMPE Fall Technical Conference Proceedings: Navigating the Global Landscape for the New Composites, Charleston, SC, (2012).
4.
BeresheimG.Thermoplast-Tapelegen: ganzheitliche Prozessanalyse und -entwicklung. IVW-Schriftenreihe, Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, Kaiserslautern, (2002).
5.
SchlimbachJ.Ökonomische Prozessanalyse und Modellintegration zur Kostenberechnung von Faser-Kunststoff-Verbunden. Als Ms. gedr. IVW-Schriftenreihe, Institut für Verbundwerkstoffe, Kaiserslautern, (2006).
6.
KhanM.A.Experimental and simulative description of the thermoplastic tape placement process with online consolidation. Als Ms. gedr. IVW-Schriftenreihe, Institut für Verbundwerkstoffe, Kaiserslautern, (2010).
7.
KhanM.A., MitschangP. and SchledjewskiR.Identification of Some Optimal Parameters to Achieve Higher Laminate Quality through Tape Placement Process. Advances in Polymer Technology, 29(2), (2010), 98–111.
8.
KhanM.A., MitschangP. and SchledjewskiR.Tracing the Void Content Development and Identification of its Effecting Parameters During in situ Consolidation of Thermoplastic Tape Material. Polymers & Polymer Composites, 18(1), (2010), 1–15.
9.
SchledjewskiR.Thermoplastic tape placement process - in situ consolidation is reachable. Plastics, Rubber and Composites, 38(9–10), (2009), 379–386.
10.
GrouveW.J.B. Weld strength of laser-assisted tape-placed thermoplastic composites. University of Twente, (2012).
11.
HolschuhR., BeckerD. and MitschangP.Verfahrenskombination für mehr Wirtschaftlichkeit des FVK-Einsatzes im Automobilbau. Lightweight Design, 2012–04, (2012), 14–19.
12.
HolschuhR. and SchledjewskiR. Gezielte Beeinflussung von Bauteileigenschaften durch Einsatz von Hybridtechnik. In: IVW–Kolloquium 2010, Kaiserslautern, (2010).
13.
EhrensteinG.W., AmesöderS. and DíazL.F., NiemannH., DeventerR. Werkstoff- und prozessoptimierte Herstellung flächiger Kunststoff-Kunststoff und Kunststoff-Metall-Verbundbauteile, In: Robuste, verkürzte Prozessketten für flächige Leichtbauteile“ - Tagungsband zum Berichts- und Industriekolloquium 2003 des SFB 396, GeigerM. and EhrensteinG.W. (Hrsg.), Meisenbach Bamberg, (2003).
14.
EhrensteinG.W. Prozessoptimierte Herstellung flächiger Hybridstrukturen: In Teilprojekt B3. Erlangen, (2006).
15.
SchuckM.Kombination von Materialleichtbau mit konstruktivem Leichtbau. Lightweightdesign, 5(2), (2012), 54–59.
SchuckM. Kunststoffe als Leichtbauwerkstoffe. In: 5. Wissenschaftstag der Europäischen Metropolregion Nürnberg “Mensch -Natur - Technik: Für unsere Welt von morgen”, Ansbach, (2011).
18.
AltstädtV., SpörrerA., MühlbacherM., MichelP. and SeidelS.Großserientauglicher Hochleistungsleichtbau mit UD-Tapes. LightweightDesign, 2012-02, (2012), 18–25.
19.
HufenbachW.A., ModlerN., KrahlM., HornigA., FerkelH., KurzH. and EhlebenM.Integrales Bauweisenkonzept: Leichtbausitzschalen im Serientakt. Kunststoffe, 05/2010, (2010), 56–59.
20.
FunckR. and SchiffmacherA.Starke Basis – Kontinuierlich faserverstärkte Thermoplaste im Automotive-Bereich. Plastverarbeiter, 7(12), (2006), 54–55.
21.
FunckR. and SteffensM.Hybridstrukturen aus Thermoplasten. Kunststoffe, 94(Heft 9), (2004), 264–267.
22.
AzzamH.A. and SchledjewskiR.Thermoplastic UD reinforced profiles - Mechanical properties of locally formed parts. In: ICCM 17 17th International Conference on Composite Materials, Edinburgh, UK, (2009).
23.
WittenE. and JahnB.Composites-Marktbericht 2011: Marktentwicklung, Trends, Herausforderungen und Chancen. Carbon Composites e.V. und AVK - Industrievereinigung verstärkte Kunststoffe, (2011).
CorstenH.: Produktionswirtschaft – Einführung in das industrielle Produktionsmanagement. 12. Auflage. Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH, München, (2009).
27.
WarneckeH.J., BullingerH.J., HichertR. and VoegeleA. Wirtschaftlichkeitsrechnung für Ingenieure. Hanser Verlag, München, (2003).
28.
EagleshamM.A. and DeisenrothM.P. Advanced Composites Manufacturing Cost Estimation Decision Support System. In: Proceedings 6th Industrial Engineering Research Conference, (1997).
29.
HartmannA. Lebenszyklusberechnung als strategisches oder operatives Bewertungs- und Planungsinstrument für die Technologie der Faser-Kunststoffverbunde. Band 11. IVW Schriftenreihe, Kaiserslautern, (2000).
30.
EagleshamM.A. A Decision Support System for Advanced Composites Manufacutring Cost Estimation. Blacksburg, (1998).
31.
NeitzelM. and HartmannA. Sensitivitätsanalyse der Wirtschaftlichkeit von Bauteilen aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen. Projektbericht zum DFG-Projekt Ne 546/4-1. Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, Kaiserslautern, (1998).
32.
BuschJ.V. and FieldF.R. Technical cost modeling, In: Blow molding handbook: technology, performance, markets, economics: the complete blow molding operation, RosatoD.V., RosatoA.V. and AlberghiniA.C.(Hrsg.), Hanser Verlag, München, (1998).
33.
UebersaxH.-P. Entwicklung und Beherrschung von Prozessketten der Faserverbundfertigung. Zürich, (1998).
34.
BrandC. Beitrag zur Kostenanalyse für fortschrittliche Flugzeugstrukturen. Logos Verlag, Berlin, (2002).
35.
HolschuhR. and MitschangP. Innovatives Fertigungskonzept zur Herstellung lokaler lastgerecht verstärkter FKV-Bauteile. CCeV News, 12. Ausgabe(2. Halbjahr 2012), (2012), 18–19.
36.
StauberR. Advanced Material Technologies Meeting the Challenges of Automotive Engineering. In: FISITA World Automotive Congress Korea, Seoul, (2000).
37.
StauberR. Revolution im Automobilbau: Technologien und Trends – Der Siegeszug des Kunststoffes im Automobilbau. In: 5. Österreichischer Kunststofftag, Wien, (2011).
38.
HimmelN.Faserkunststoffverbund-Bauweisen. Als Ms. gedr. IVW-Schriftenreihe, Institut für Verbundwerkstoffe, Kaiserslautern, (2003).
39.
LovinsA.B., BrylawskiM.M., CramerD.R. and MooreT.C. Hypercars: Materials, Manufacturing and Policy Implications. Rocky Mountain Institute, (1996).
40.
SommerM. Chancen für SMC und BMC im Automobilbau. In: 10. Internationale AVK-Tagung für verstärkte Kunststoffe und technische Duroplaste, Stuttgart, (2007).
41.
RitthoffM., LiedtkeC. and MertenT. Verbesserung von Rohstoffproduktivität und Ressourcenschonung. In: Zukunftsdialog Rohstoffproduktivität und Ressourcenschonung, Düsseldorf, (2007).
42.
NowackiJ. Prozessanalyse des Umformens und Fügens von gewebeverstärkten Thermoplasten. IVW Schriftenreihe Band 24. M. Neitzel, Kaiserslautern, (2001).
43.
SommerM., EdelmannK. and LahrR.Pressverfahren, In: Handbuch Verbundwerkstoffe – Werkstoffe, Verarbeitung, Anwendung, NeitzelM., MitschangP. (Hrsg.), Carl Hanser Verlag, München, (2004).
