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Prepreg vs. Handlaminat: Welches Verfahren bei Prototypen und Kleinserien?

by Markus Reitbauer

Carbon-Prototypenbau

CFK-Leichtbauteile sind in vielen Anwendungszusammenhängen einsetzbar und lösen aufgrund ihrer Materialvorzüge selbst in sensiblen Bereichen wie der Wehrtechnik zunehmend Metall-Komponenten ab. Um sicherzugehen, dass Carbon-Formteile den hohen Standards und Anforderungen dieser Branchen gerecht werden können, bedarf es jedoch entsprechender Fertigungsexpertise und der Wahl der richtigen Verfahrenstechnik.

In diesem Beitrag erläutern wir, worin die Unterschiede zwischen CFK-Handlaminaten und Fertigung von Prototypen und Kleinserien in der Prepreg-Autoklav-Technik bestehen und welche Vorzüge diese Herstellungstechniken auf Ihrer Seite wissen.

Handlaminat: Der einfache Klassiker

Unter Nass- oder Handlaminieren wird das älteste und verhältnismäßig simpelste Verfahren zur Herstellung von Carbon-Formteilen verstanden. Dabei werden die vorab zugeschnittenen Faserlagen manuell per Pinsel oder Roller mit dem Reaktionsharz getränkt und laminiert. Anschließend erfolgt die Verdichtung im Vakuumsack, wo überschüssiges Harz abgesaugt wird, ehe es an die finale Aushärtung und das Nachtempern zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit geht.

Aufgrund des einfachen Prozesses, des Entfalls druck- und temperaturstabiler Werkzeuge sowie des beschränkten Einsatzes von Anlagentechnik haben Handlaminate in der Fertigung von Carbonteilen natürlich den Kostenvorteil auf ihrer Seite. In punkto Faservolumenanteil, Reproduzierbarkeit und Bauteilkomplexität fällt das Handlaminat, das sich ausschließlich für Prototypen und Kleinstserien eignet, allerdings deutlich gegenüber anderen Herstellungsverfahren zurück: Denn das manuelle Aufbringen des Harzes macht das Erreichen eines spezifischen, über den Bauteil konstanten Harzgehalts ungemein schwierig. Überdies gestaltet sich auch die Einlage zusätzlicher bzw. verstärkender Lagen weniger exakt.

Somit kommt eine Anwendung von Handlaminaten auch nur dort in Frage, wo es um wenig komplexe Carbon-Formteile geht, die weder höchsten Belastungen noch besonderen optischen Erfordernissen genügen müssen.

 Idealer Harzgehalt und Materialeigenschaften durch Verarbeitung von Prepreg-Materialien

Maßgenaue Materialzuschnitte durch CNC-Cutter reduzieren

Wichtig im Produktionsprozess: Die Vakuumierung der verarbeiteten Komponenten

Prepreg-Autoklav-Technik: Die Formel 1 in der CFK-Bauteilfertigung

Wer hingegen Dry oder Wet Prepregs (also vorimprägnierte textile Faser-Matrix-Halbzeuge) einsetzt, muss sich um konstanten Harzgehalt im Gewebe keine Sorgen machen: Denn der maschinelle Imprägnierprozess sichert optimale Durchtränkung des Fasermaterials mit Spezialharz und Härter und somit hohe Reproduzierbarkeit und maximale Festigkeit der gefertigten Carbon-Teile. Um sicherzugehen, dass die Reaktion erst zum gewünschten Zeitpunkt ausgelöst wird, ist allerdings eine Lagerung des Materials bei unterbrechungsfreier Kühlkette sicherzustellen.

Sind die Faserlagen einmal zugeschnitten und exakt in die Werkzeugform eingebracht, härten sie im gasdicht verschließbaren Druckbehälter (Autoklav) zu hochqualitativen Leichtbau-Komponenten mit hoher thermischer Belastbarkeit aus (siehe: So entstehen Carbon-Leichtbauteile aus Prepregs). Dabei machen in Prepreg-Autoklav-Technik hergestellte Formteile – die vergleichsweise wenig manueller Nacharbeit bedürfen – auch in Sachen Optik eine gute Figur: Geschätzt werden sie deshalb auch als Sichtteile in anspruchsvollen Branchen wie der High End Automobil-Industrie oder der Luftfahrt.

Voraussetzung für die Fertigung von Carbon-Teilen in der Prepreg-Autoklav-Technik ist allerdings die Herstellung temperatur- und druckbeständiger Werkzeuge, die aus Aluminium bzw. Kunststoffen gefräst oder aus Faserverbundwerkstoffen produziert werden können. Aufgrund dieser Anforderungen fallen die Investments in den Formenbau zwar höher aus als jene in Handlaminattools, doch besonders hier spielt die Erfahrung des Fertigungsbetriebes eine große Rolle um auch Low-Cost Werkzeuge zu realisieren. Zeitgleich punkten die Direkt- bzw. CFK-Werkzeuge vor allem mit längeren Standzeiten und der Realisierbarkeit größerer Produktionsmengen.

Eine Fertigung von Prototypen und Kleinserien in Prepreg-Autoklav-Technik ist also immer dann empfehlenswert, wenn Sie komplexe Carbon-Bauteile realisieren möchten, die höchster Beanspruchung und Maximalanforderungen an Reproduzierbarkeit, Optik und Haptik standhalten müssen.

Fazit: Geben Sie Ihrem Bauteil, was es verlangt

Das Match Handlaminat vs. Prepreg-Autoklav-Technik allein auf die Kostenfrage zu reduzieren, griffe zu kurz: Denn die Verfahrenswahl sollte den Anforderungen, die Sie an ein Carbon-Leichtbauteil stellen, optimal entsprechen. Setzen Sie hohe Maßstäbe an Festigkeit, Gewicht, Optik und Beanspruchbarkeit ist von einfachen Handlaminaten schließlich ebenso abzuraten wie im Fall der Realisierung größerer Stückzahlen.

Ein erfahrener und technologieneutral beratender Produktionspartner wird Sie dabei unterstützen, das passende Herstellungsverfahren für Ihre Prototypen und Kleinserien zu ermitteln und selbst hochwertige Fertigungstechniken für Carbon-Komponenten kosteneffizient zu ermöglichen: Denn nur so wird das Ergebnis Ihren Anforderungen entsprechen.

 

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Markus Reitbauer

Geschäftsführer Bereich Carbontechnik Carbon-Solutions Hintsteiner GmbH

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