Aktuell laufende Projekte:

AIF Cornet "SIQ4TFP"

Selbstoptimierende Qualität für die Herstellung von Tailored Fiber Placement (TFP)-Verbundwerkstoffen

Förderzeitraum: 12/2021 - 11/2023

SIQ4TFP entwickelt ein System, das im Tailored Fiber Placement (TFP) die tatsächlich verlegte Faserbahn automatisch erkennt und mit der Soll-Faserbahn vergleicht. Auf Basis der erkannten Abweichungen erfolgt eine parametrierte, automatisierte Anpassung der CNC/NC-Steuerung, unter Berücksichtigung relevanter Prozessparameter. Ziel ist eine verbesserte Prozesszuverlässigkeit und Qualität (u. a. geringerer Trainingsaufwand für neue TFP-Muster) sowie eine dokumentierbare passive Qualitätssicherung. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen zudem in die material- und faserbezogene Modellierung sowie in FEA/FEA-Initialdaten ein.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Unterstützung von 2D/3D-Mess- und Auswerteprozessen zur Schicht-für-Schicht-Erkennung der Faserlage (Ist/Soll-Abgleich).
• Aufbau und Nutzung einer Wissens-/Datenbasis sowie Ableitung von material-/modellspezifischen Eingangsgrößen (u. a. für FEA) aus Prozessparametern und Messergebnissen.
• Unterstützung der Ziel-/Ist-Vergleichslogik und der Schnittstelle zu TFP-CAM (EDOpath) zur Automatisierung von Korrekturen sowie zur Qualitätssicherung.

Projektpartner 

Forschungskuratorium Textil e.V. (FKT), Deutschland Faserinstitut Bremen e. V. (FIBRE), Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland 
EMBRAPII, Brasilien 
Instituto SENAI de Inovação em Engenharia de Polímeros (ISIPOL), Brasilien

Projektträger

cornet - Collective Research NETworking

DAAD "ENUHVA"

Experimental and numerical characterization methods for variable-axial reinforced elastomers in engineering, biomedical, and industrial applications (ENUHVA)

Förderzeitraum: 01.01.2023 – 31.12.2024

Das Projekt ENUHVA entwickelt Methoden zur experimentellen und numerischen Charakterisierung von Faserverstärkten Elastomeren (FRE) (u. a. aus variabelaxialen/TFP-basierten Strukturen). Da FRE nicht wie konventionelle Composites oder mit Standard-Hyperelastizitätsgleichungen modellierbar sind, wird ein belastbarer Protokoll- und Modellierungsansatz aufgebaut. Grundlage sind die Auswahl und Kalibrierung geeigneter hyperelastischer Konstitutionsmodelle, eine abgestimmte Teststrategie sowie Software zur Unterstützung der Materialauswahl und Parameteridentifikation. Am Ende wird ein Demonstrator gefertigt und die Vorgehensweise anhand einer Kombination aus Modell- und Messdaten validiert.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Weiterentwicklung von Frequenz-, Material- und Modellierungs-/Kalibrieransätzen für FRE im Kontext variableraxialer/TFP-basierter Strukturen (numerisch + experimentell).
• Bereitstellung/Erweiterung von Software-Tools zur Auswahl geeigneter hyperelastischer Modelle und zur Kalibrierung (u. a. Integration in FEMU/FEMU-Workflows).
• Validierung der Methodik über Herstellung eines Demonstrators und numerisch-experimentelle Vergleichsrechnungen sowie Ableitung eines anwendungsfähigen Protokolls.

Projektpartner

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) — Deutschland 
Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) — Brasilien

Projektträger

DAAD PPP/PROBRAL

DFG Transfer "Tiefbohren"

Schwingungsdämpfende Verbund-Bohrgestänge mit integrierten Sensoren für Tiefbohrprozesse

DFG

The BTA-Tiefbohrverfahren ermöglicht das Bohren mit hohen Länge-Durchmesser-Verhältnissen. Lange Werkzeuge führen jedoch zu starken Schwingungen, insbesondere beim Bohren hochlegierter Werkstoffe. Dies erhöht den Werkzeugverschleiß und führt aufgrund verminderter Bohrqualität zu höheren Ausschussraten bei typischerweise sehr teuren Bauteilen. Im Rahmen des DFG-Forschungsprojekts wurde ein schwingungsdämpfendes Verbund-Bohrgestänge mit einem hybriden Verbindungskonzept entwickelt, das faserverstärkte Kunststoffe (FVK) und Metall über eine Kunststoff-Zwischenschicht verbindet. Zudem wurden faseroptische Sensoren zur Prozess- und Werkzeugzustandsüberwachung integriert. Ein Teil des hybriden Verbindungskonzepts ist ein innovatives Faserwickelmuster, das formschlüssige Verbindungen mit gezielten Dickenänderungen schafft und so eine hochfeste Verbindung erzeugt.

Projektpartner:

• Institut für Spanende Fertigung (Technische Universität Dortmund)
• Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP
• BGTB GmbH – Beratende Gesellschaft für Tiefbohr- und Zerspanungstechnik
• KAISER Maschinenbau und Zerspanungstechnik GmbH & Co. KG
• carbovation gmbh 

 

 

BMWK LuFo VI-2 "LaST"

LaSt – VaLu: Variableaxiale Faserarchitekturen doppelt gekrümmter Faser-Kunststoff-Verbunde für Luftfahrtanwendungen (VaLu)

Förderzeitraum: 07/2022 - 06/2025

Im LaSt-Verbundvorhaben wird die Tailored Fiber Placement (TFP)-Technologie mit der Filament-Winding-(FW)-Technologie kombiniert, um lastgerechte isotensoide Faserverbundstrukturen auf gekrümmten Oberflächen herzustellen. Ziel sind u. a. die Reduktion des minimal drapierbaren TFP-Radius (von R2500 auf R100) und die Fertigung eines aerodynamisch konformen Typ‑V 600‑bar-Wasserstoff-Drucktanks sowie einer doppelt gekrümmten Triebwerksringstruktur. Das IPF erarbeitet dafür Design- und Auslegungsmethoden, Software-/CAM-Schnittstellen und eine entwicklungsprozessbegleitende Strukturvalidierung im virtuell-experimentellen Ansatz.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Weiterentwicklung von Design- und Auslegungsmethoden für kombinierte variabelaxiale TFP/FW-Hybridstrukturen (inkl. TFP‑Patches und lokaler Verstärkung).
• Bereitstellung von TPF/FW‑Software- und CAM-Schnittstellen zur automatisierten (nicht-)geodätischen Faserablage auf gekrümmten Strukturen (inkl. Integration der Bahnkurven in reale Fadenlegeprozesse).
• Erarbeitung einer entwicklungsprozessbegleitenden Strukturvalidierung und exemplarische Durchführung des Strukturnachweises an Ring- und Tankkomponenten.

Projektpartner

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) — Deutschland 
Technische Universität Dresden — Deutschland 
EAST-4D Carbon Technology GmbH — Deutschland 
Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH — Deutschland 
IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH — Deutschland 
Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH — Deutschland 

Projektträger

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Projektträger Luftfahrtforschung
Förderkennzeichen: 20Q2118E

M-era.net "MBrace"

Multi-Matrix Composites for Fashionable, Customized and Evolvable Braces (MBrace)

Förderzeitraum: 06/2022 – 08/2025

Das Projekt MBrace entwickelt neuartige, patientenorientierte Skoliose-Orthesen auf Basis innovativer Multi-Matrix-Composites. Durch die Kombination von Materialentwicklung, Fertigungs-/Konstruktionskonzepten, Machine-Learning-gestützter Auswertung von Patientendaten sowie fortschrittlichen Diagnose- und Fittingmethoden soll die Trageakzeptanz und der Behandlungserfolg deutlich verbessert werden. Ziel ist eine leichtere, komfortable und optisch ansprechende Orthese mit flexiblen funktionalen Bereichen (u. a. für zusätzliche Biegepunkte) – als Alternative zur aktuell belastenden, überwiegend rigiden Fixierung.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Optimierung multi-matrix-basierter Verbundstrukturen für Skoliose-Orthesen und deren Fertigungs-/Prozessintegration (insb. TFP-basierte Konzepte).
• Unterstützung von numerischer Auslegung und Material-/Strukturmodellierung für die Orthesenbauteile (FEA/Simulation, Design der variabelaxialen Faserarchitektur).
• Beitrag zu technischer Bewertung/Validierung der MMC-Ansätze (Herstellung von Prototypkomponenten, Materialdaten für Designs und Prozesse).

Projektpartner

Technische Universität Dresden (IBMT), Deutschland
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland
SIRRIS, Belgien
Isomatex SA, Belgien
HTW Dresden (Faculty of Design), Deutschland
UJK Kielce (Collegium Medicum, Jan Kochanowski University of Kielce), Polen

Projektträger

M-era.net | Call 2021

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M-era.net "Gradient"

Gradierte Interphasen zur Steigerung der dielektrischen und mechanischen Festigkeit faserverstärkter Verbundwerkstoffe

M-era.net Call 2021

Hochleistungsverbundwerkstoffe, bestehend aus Verstärkungselementen (Fasern, Partikeln, Füllstoffen etc.) und einer Matrix, finden in vielen Bereichen breite Anwendung. Insbesondere in Leistungstransformatoren und Schaltanlagen bietet ihr Einsatz zahlreiche Vorteile. In diesem spezifischen Anwendungsfall werden die dielektrische und mechanische Festigkeit maßgeblich von der Faser-Matrix-Interphase beeinflusst. Da Versagensmechanismen in Verbundwerkstoffen häufig in der Grenzschicht zwischen Faser und Matrix auftreten, ist es entscheidend, Ansätze zu entwickeln, die Spannungskonzentrationen in diesem Bereich reduzieren.

• Entwicklung von Ansätzen zur Reduzierung von Spannungskonzentrationen in der Interphase;
• Modifizierung der Faseroberfläche;
• Gradierte Interphasen (Interphase-Engineering);
• Neue Methodiken, Validierungswerkzeuge und multiskalige Simulationen zur Charakterisierung und Optimierung der Interphase.
  
  

Projektpartner:

• Luleå University of Technology (LTU)
• University of Latvia (LU)
• Hitachi Energy Sweden AB, Composites (Hitachi)
  
  
  
  

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ZIM "CFKadapt"

CFKadapt – Entwicklung eines thermoformbaren Faser-Kunststoff-Verbundmaterials für die Herstellung adaptierbarer orthopädischer Hilfsmittel

Förderzeitraum: 08/ 2021 - 01/2023

CFKadapt entwickelt ein thermoformbares Faser-Kunststoff-Verbundmaterial, das es ermöglicht, orthopädische Orthesen und Prothesen nach der Konsolidierung an individuelle Patientengeometrien anzupassen („gefittet“). Grundlage ist die Entwicklung eines neuartigen, zweiphasigen Matrixsystems mit thermoformbarer Umformphase sowie die Integration in einen fertigungstechnischen Prozess bei Orthopädietechnikern. Die Preformherstellung erfolgt über das TFP-Verfahren; ergänzend werden Umformzonen und ein handhabbares Produktionskonzept für die thermische Nachanpassung erarbeitet. Ziel ist die Validierung der Technologie in Demonstratoren bis hin zu Patiententests.

Forschungsziele des IPF

• TFP-basierte Bauweisen-/Preformentwicklung: Entwicklung lokaler Umformstrukturen und variabelaxialer Preformstrukturen inklusive Integration der Umformsegmente.
• Entwicklung/Validierung von Imprägnier- und Konsolidierungsverfahren (zusammen mit dem Orthopädiepartner) sowie stoffliche Überprüfung des Faser-Matrix-Verbunds.
• Werkstoff- und Bauteilprüfungen zur Charakterisierung von Faser-Matrix-Haftung und mikro-/makromechanischem Verhalten sowie Untersuchung der Auswirkungen der thermischen Umformung.

Projektpartner

REHA-OT Lüneburg Melchior und Fittkau GmbH — Deutschland 
E.F.M. GmbH — Deutschland 
Fraunhofer IFAM (Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung) — Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) — Deutschland 
IWS GmbH (Koordination, Projektträger/Initiator im Kontext ZIM fimatec) — Deutschland 

Projektträger

ZIM-Netzwerk fimatec (initiiert durch das ZIM-Netzwerk)
Förderkennzeichen: 16KN102001

ZIM "Basaltfunier"

Basaltfaserverstärkte Furnierwerkstoffe – Entwicklung des Verfahrens und der technischen Lösung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen aus Furnier und Faser-Kunststoff-Verbunden

Förderzeitraum: 03/2021 - 12/2023

Das Vorhaben entwickelt und erprobt einen Herstellungsprozess für basaltfaserverstärkte Furnierwerkstoffe, in denen hochsteife Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) in die Randbereiche von Furnierwerkstoffen integriert werden. Ziel ist eine Kombination aus schwer entflammbaren bzw. brandtechnisch verbesserten Eigenschaften (ohne Zusatz spezieller Salze) und verbesserten mechanischen Kennwerten (Biegung/Torsion bei ggf. geringerer Plattendicke). Parallel wird ein numerisches FEM-Simulationsmodell sowie eine vereinfachte Auslegungssoftware zur Bemessung entwickelt.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung eines Phenolharz-basierten Basaltfaser-Halbzeugs sowie simulationstechnische Modellierung des Verbundwerkstoffs (Materialparameter/Modellierung).
• Ermittlung und Aufbereitung von Materialkennwerten für FKV-Komponenten (Harz/Faser) inklusive Klima-/Feuchte- und Temperaturabhängigkeiten (u. a. für Simulation).
• Aufbau eines parametrischen FEM-Ansatzes und Ableitung einer einfach bedienbaren Auslegungs-/Plattenbemessungssoftware für steifigkeits- und tragfähigkeitsbasierte Dimensionierung.

Projektpartner

Neugersdorfer Holzwerke GmbH — Deutschland 
SAB Stahl- und Anlagenbau GmbH — Deutschland 
Technische Universität Dresden — Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) — Deutschland

Projektträger 

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

ZIM "ProLaMas"

EFFIZIENTER LEICHTBAU: Faserverbund-Maschinenschlitten mit Tailored Fiber Placement (TFP)

Förderzeitraum: 01/12/2020 - 31/05/2023

Das Vorhaben entwickelt einen neuartigen Werkzeugmaschinenschlitten für HSC/HPC-Anwendungen auf Basis variabelaxialer TFP-CFK-Leichtbaukonstruktionen. Ziel ist eine Massereduktion von 30–50 % bei gleichbleibender oder verbesserter Struktursteifigkeit, um höhere Prozessgeschwindigkeiten sowie eine geringere Antriebsleistung zu ermöglichen. Dazu werden u. a. Topologie-/Faserdesign, industriell fertigungsgerechte TFP-Preformen, ein RTM-Prozess (mit Werkzeugform), sowie eine anschließende Bauteilprüfung im Einsatz entwickelt und validiert. Ergänzend erfolgt eine methodische Bewertung der technologisch-ökonomischen Relevanz der Innovationen.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung und Auslegung variabelaxialer TFP-CFK-Strukturen durch numerische Modellbildung (FEA), inkl. Validierungsrechnungen mit lokaler Faserorientierung und Dickenverteilung.
• Auslegung/Optimierung sowie softwaregestützte Fertigungs- und Prozessvorbereitung (u. a. TFP-Daten/Modelle; CAM-/Fertigungsvorbereitung im Verbundkontext).
• Thermische Simulation und funktionale Bauteilprüfung/Validierung der entwickelten TFP-CFK-Struktur im Gesamtsystem.

Projektpartner

SW – Schwäbische Werkzeugmaschinen (SW) — Deutschland 
ZAFT – Zentrum für angewandte Forschung und Technologie e.V. — Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) — Deutschland 
Schmuhl Faserverbundtechnik GmbH & Co. KG (SCHMUHL) — Deutschland 
Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH (HIGHTEX) — Deutschland

Projektträger

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Industrial Project "ConThiCo"

Konsolidierung dickwandiger thermoplastischer Verbundbauteile, hergestellt durch Tailored Fiber Placement (TFP)

Industrieprojekt:

• Erfolgreiches Heißpressen eines C-Bügel-Bauteils aus 16 CF-LEXTER-Preforms (530 g)
• Mehrstufiges strukturelles Versagen mit steigenden Lastmaxima im Zugversuch
• Maximale Spitzenkraftwerte vergleichbar mit CF-Epoxid-C-Rahmen bei etwa 70 % der vergleichbaren Steifigkeit

IGF "CoTherMu"

CoTherMu: Entwicklung lokal verformbarer 3D-Composites aus Thermoplast-Elastomer-Multi-Matrix-Systemen in komplexen textilen 3D-Preformen (MM-FKV)

Förderzeitraum:  10/2023 - 03/2026

Das Vorhaben entwickelt eine simulationsgestützte Prozesskette zur Herstellung von thermoplastischen Multi-Matrix-Faser-Kunststoff-Verbunden (MM-FKV) mit Festkörpergelenken (FKG). Der zentrale Ansatz ist, Hybridgarne (HG) aus Verstärkungsfasern (z. B. Glasfasern) und thermoplastischen Matrixfasern unterschiedlicher Steifigkeit gezielt in 2D- bzw. schlauchförmige 3D-Preformen einzubringen. Dadurch sollen lokal reproduzierbar Steifigkeitsgradienten und damit rotatorische Beweglichkeit mit ausreichender translatorischer Steifigkeit realisiert werden. Als textile Fertigungswege werden v. a. TFP (für 2D) und MLG/Stricktechnologie (für 3D) weiterentwickelt und mit Material-/Simulationsmodellen verknüpft. Demonstratoren in Medizintechnik (Orthoprothetik) und Maschinenbau (Robotik/Greifer) zeigen die Übertragbarkeit.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Charakterisierung der Hybridgarne und Materialsysteme (insb. TPU/GF-HG) sowie der notwendigen Schmelzspinn-/Online-Hybridgarnprozesse als Voraussetzung für MM-FKV.
• Entwicklung/Integration simulativer Auslegungs- und Modellierungsansätze (Materialmodelle, Strukturmodelle, Ableitung funktionaler Preform-/Faserverläufe) für lokal gradierte Multi-Matrix-Verbunde.
• Validierung der Funktionalität und Prozess-Kompatibilität der MM-FKV über strukturmechanische Charakterisierung, inklusive Unterstützung der Demonstratorentwicklung und KMU-Leitfäden.

Projektpartner 

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF), Deutschland 
Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM), TU Dresden, Deutschland

Projektträger

AIF - Allianz für Industrie und Forschung

DAAD-PPP/CAPES "FiBraCo"

Fiber Bragg Grating Sensors For The Monitoring Of The Response Of FW+TFP Composite Pressure Vessels

Förderzeitraum: 01.01.2024 – 31.12.2025

Das Projekt entwickelt eine Methodik zur Messung von Dehnungen unter Betriebsbedingungen in Composite Pressure Vessels (CPV), die mit Filament Winding (FW) gefertigt und mittels TFP-Patches gezielt verstärkt sind. Ausgangspunkt sind die besonderen Spannungskonzentrationen (u. a. an Mosaic-Pattern-Grenzen und an Öffnungen) sowie die schwierige Modellierbarkeit der Versagensmechanismen. Dafür werden numerische Modelle (FEM) und experimentelle Prüfungen aufgebaut und die Strukturantwort mit FBG-/Fiber-Bragg-Grating-Sensorik verfolgt (u. a. auch über die Schichttiefe). Die Ergebnisse werden schrittweise von Substrukturen (2D/TFP-Platten) bis zu instrumentierten Zylindern validiert und für Anwendungen im „in-service“-Monitoring vorbereitet.

Forschungsziele des IPF

• Numerische FEM-Analyse von CPVs mit TFP-Verstärkungspatches, inklusive Identifikation kritischer Spannungs-/Dehnungsbereiche und Sensitivität gegenüber Material- und Geometrieparametern.
• Entwicklung/Absicherung der Methodik zur FBG-Sensorpositionierung (inkl. möglicher inter-layrer Messungen) und Validierung durch Prüfungen an 2D-Substrukturen sowie instrumentierten Zylindern.
• Unterstützung der experimentellen und numerischen Modellvalidierung sowie der Übertragung der Methodik auf in-service Szenarien (Schadens-/Versagensmodi, statisch/dynamisch, auch zyklisch/Fatigue).

Projektpartner

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) — Deutschland 
UFRGS (Federal University of Rio Grande do Sul) — Brasilien 

Projektträger

DAAD PPP/CAPES

Abgeschlossene Projekte:

AIF Cornet "TailComp"

TailComp – Tailored Fibre Placement in Thermoplastic Composites

Förderzeitraum: 01.05.2016 – 30.04.2018 (24 Monate)

Das Projekt entwickelt eine ressourceneffiziente Technologie zur Herstellung optimierter Thermoplast-/Hybridverbundstrukturen. Grundlage sind load-orientierte Faserplatzierung (Tailor Fibre Placement/TFP) und Faserpfadoptimierung, sodass Faserorientierung und Bauteillasten optimal korreliert sind. Ergänzend werden kostengünstige Alternativen zu Autoklavprozessen verfolgt (u. a. Vakuumsack), sowie ein Verfahren zur Herstellung leichter, niedrig energetischer Konsolidierungswerkzeuge mittels inkrementeller Blechumformung (ISF). Ziel ist, die mechanischen Leistungsniveaus der kostengünstigen Prozessroute vergleichend zu Autoklavtechnologie zu quantifizieren.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Erweiterung von hybriden Online-Garnen (v. a. Materialentwicklung: Fasermix, Thermoplastmatrix, Faser-/Volumenanteil, Garnintegrität) als Input für TFP-Preforms.
• Weiterentwicklung der TFP-Preform-Design- und Fertigungsschritte sowie Unterstützung der Faserpfad-/Topologieoptimierung für komplexe 3D-Strukturen (inkl. erforderlicher numerischer Methoden/Tools).
• Validierung der Materialeigenschaften und Prozessketten-Relevanz (u. a. für Simulation/FE, Konsolidierungs- und Bauteilleistung) als Grundlage für Guidelines und Demonstratoren.

Projektpartner

Forschungsgesellschaft Kunststoffe e. V. (FGK), Deutschland 
Fraunhofer IWU, Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., Deutschland 
SIRRIS, Belgien/Wallonie

Projektträger

Kooperations-/Programmrahmen: CORNET 20th Call

AIF IGF "LoVarMed"

LoVarMED – Entwicklung einer simulationsgestützten Technologie zur Herstellung belastungsgerechter faserbasierter Implantate mit definierten, lokal unterschiedlichen Steifigkeitsgradienten

Förderzeitraum:  08/2015 - 10/2017

LoVarMED entwickelt eine simulationsgestützte Fertigungstechnologie für faserbasierte Implantate, bei denen lokal unterschiedliche Steifigkeitsgradienten gezielt eingestellt werden. Grundlage ist die Sticktechnik als flexible Prozessroute zur beanspruchungsgerechten Faserablage (lastorientierte Strukturierung) sowie zur Materialeffizienz. Am Beispiel von Herniennetzen wird eine Implantatstruktur mit kontrollierten mechanischen Eigenschaften, geringer Kontaktfläche und zugleich zellfreundlicher Funktionalisierung adressiert. Zusätzlich werden langzeitresorbierbare Chitosan-basierte Garne (inkl. definierter Degradationskinetik) weiterentwickelt und über eine Kollagenbeschichtung ergänzt. Das Projekt verknüpft Chemie/Materialentwicklung, Simulation/Auslegung, Fertigung und Zellbiologie zu einer vollständigen Prozesskette.

Forschungsziele des IPF

• Simulationstechnische Auslegung belastungsgerechter Implantate: Entwicklung/Verfeinerung von Modell- und Auslegungsansätzen für lokal variierende Steifigkeitsverläufe (inkl. mesoskaliger Modellierung/Fadensimulation).
• Beitrag zur Stickprozesskette und zur Herstellung sticktechnischer Funktionsmuster (Herniennetze) zur experimentellen Validierung der simulierten Eigenschaften.
• Entwicklung des Stickmustergenerators (Plugin/Tool) zur automatisierten Erstellung von Gradientstrukturen mit lokal einstellbaren Steifigkeiten (Integration in bestehende Softwareumgebungen).

Projektpartner

Forschungsstelle 1: Technische Universität Dresden, ITM, Deutschland 
Forschungsstelle 2: Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF), Deutschland 
Forschungsstelle 3: Technische Universität Dresden, TFO, Deutschland

Projektträger

Forschungskuratorium Textil e.V. (FKT) / Dechema

AIF "Kleinquerschnitte"

Verfahrensentwicklung zur Verstärkung von statisch und dynamisch hochbeanspruchten Kleinquerschnitten aus Holz und Holzwerkstoffen mit faserverstärkten Kunststoffen (FVK)

Förderzeitraum: 01.01.2009 – 31.12.2010

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer neuen, reproduzierbaren Technologie zur Herstellung von Holz-/Holzwerkstoff-FVK-Verbundbauteilen für statisch und dynamisch hochbeanspruchte Kleinquerschnitte. Ausgangspunkt sind die Limitierungen bei der sicheren Sortierung von Holz und die fehlenden gesicherten Erkenntnisse zum langfristigen statischen und dynamischen Verbundverhalten. Durch ein Einstufenverfahren sollen FVK gezielt in bzw. am Holzquerschnitt eingebracht und gleichzeitig verklebt werden. Ergänzend werden FE-Simulationsmodelle zur Auslegung entwickelt und über Funktionsmuster validiert.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Charakterisierung werkstofflicher Parameter für die Simulation und Bewertung des Verbundverhaltens (inkl. experimenteller Ermittlung fehlender Kennwerte, z. B. Basaltfaser).
• Unterstützung/Umsetzung von Prüf- und Charakterisierungskonzepten zur Quantifizierung statischer und dynamischer Kurz- sowie Langzeitkennwerte (unter definierten Klimabedingungen).
• Beitrag zur Entwicklung numerischer FE-Modelle und deren Verifikation anhand von Biegeversuchen (inkl. optischer Verformungsmessung) sowie Ableitung von Auslegungsvorschriften.

Projektpartner 

Technische Universität Dresden, Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Deutschland

Projektträger

AiF - Allianz für Industrie und Forschung

BMBF "BIOTEX"

BIOTEX – Bionische Gestaltung und textile Fertigungsverfahren zur kostengünstigen Herstellung optimierter Faserverbundstrukturen

Förderzeitraum: 07/2004 - 08/2008

Das Vorhaben entwickelt bionisch inspirierte Berechnungs- und Designmethoden sowie textile Fertigungsverfahren, um kostengünstig optimierte Faserverbundstrukturen endkontturnah herzustellen. Ziel ist es, die Faserausrichtung und -verstärkungsgeometrie so zu gestalten, dass Lasten homogen eingeleitet werden und das Leichtbaupotenzial vollständig ausgeschöpft wird. Die technologische Umsetzung wird über neue/weiterentwickelte textile Vorformlinge (u. a. 3D-Tailored Fiber Placement, Faserspritzen, Multiaxialgelegen, Flechten) und angepasste Binder- sowie Prozesskonzepte realisiert. In Demonstratoren aus mehreren Anwendungsfeldern wird die Praxistauglichkeit und Wirtschaftlichkeit validiert.

Forschungsziele des IPF

• Werkstoffliche Grundlagen für bionische Verbundstrukturen: Ermittlung statischer und insbesondere dynamischer mechanischer Kennwerte (u. a. Steifigkeitsdegradation, Restfestigkeit) für TFP-, MAG-, C-Faserspritz- und Flechtstrukturen.
• Prüfkonzepte und experimentelle Charakterisierung auf Proben- und Bauteilebene (Flachproben/Demonstratoren), inklusive Vergleich mit Simulationsergebnissen.
• Beitrag zur Ableitung von Gestaltungsrichtlinien für bionische Strukturen (z. B. bei Krafteinleitungsbereichen, Durchbrüchen, I-Beam-Konfigurationen) und Unterstützung der Demonstratorbewertung mit Fokus auf dynamische Prüfung.

Projektpartner

European Aeronautic Defence and Space Company (EADS), Deutschland 
DaimlerChrysler AG, Deutschland 
Fr. Lürssen Werft, Deutschland 
Institut für Flugzeugbau – Stuttgart, Deutschland 
Institut für Polymerforschung Dresden, Deutschland 
Institut für Statik und Dynamik – Stuttgart, Deutschland 
Forschungszentrum Karlsruhe, Deutschland 
Ingenieurbüro Moldenhauer, Deutschland 
Keilmann Sondermaschinenbau Lorsch, Deutschland 
Saertex Wagener, Deutschland 
SINTEC Keramik GmbH & Co KG, Deutschland 
August Herzog Maschinenfabrik, Deutschland 
Volkswagen AG (VW), Deutschland 
Wacker Polymer Systems, Deutschland

Projektträger

Förderprogramm des BMBF (jetzt das BMFTR)

 

 

BMBF "highSTICK+"

Funktionalisiertes Prepreg - Verbundvorhaben „Wachstumskern highSTICK plus“

Förderzeitraum: 01.09.2012 – 31.08.2015

Ziel des Verbundvorhabens VP 4 ist die Entwicklung einer Fertigungstechnologie zur Herstellung funktionalisierter Prepregs mit beanspruchungsgerecht angeordneten und matrixvorimprägnierten Verstärkungsfasern sowie Funktionselementen. Dazu wird die sticktechnische Fadenablage in Richtung Tailored Prepreg Placement (TPP) weiterentwickelt: Prepregrovings werden prozesssicher und reproduzierbar auf Stickgründen bzw. vorimprägnierten Basismaterialien abgelegt. Die neue Technologie soll den nachgelagerten Harzinfiltrationsschritt gegenüber vergleichbaren TFP-Verfahren teilweise bzw. weitgehend einsparen und gleichzeitig die Integration von Sensoren/Aktoren ermöglichen.

Forschungsziele des IPF

• Charakterisierung der material- und prozessspezifischen Besonderheiten von matriximprägnierten Halbzeugen für die sticktechnische Verarbeitung (inkl. Aushärte-/Prozessfenster).
• Entwicklung und Erprobung einer Rovingimprägnieranlage im Labormaßstab sowie Herstellung von reproduzierbaren Prepregrovings mit definiertem Faservolumengehalt.
• Beitrag zu den numerischen/werkstofftechnischen Auslegungs- und Bewertungsaufgaben: strukturmechanische Auslegung, Prüfkörperbewertung (mechanisch/mikroskopisch) und Ableitung einer Gestaltungsvorschrift/Prozessgrenzen.

Projektpartner

Dietrich Wetzel KG, Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Deutschland 
KSA GmbH & Co. KG, Deutschland 
Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI), Deutschland 
IFC-Composite GmbH, Deutschland

Projektträger

Förderprogramm des BMBF (jetzt das BMFTR)

BMBF "EMIR"

EMIR – Einsatz des Verfahrens TFP (Tailored Fiber Placement) zur Herstellung von Spanten (Omega- und Z-Spanten) für Rumpfstrukturen

Förderzeitraum: 2003 – 2007

Ziel des Projekts EMIR war der Nachweis, dass mit TFP kostengünstig fasergerechte Spantstrukturen für Rumpfstrukturen hergestellt werden können. Das wurde u. a. an Omega-Spanten und Z-Spanten erfolgreich umgesetzt. Zur Infiltration der 3D-TFP-Preforms wurde ein (elektrisch) beheizbares Compositetool mit integrierter Carbonroving-Heizung entwickelt und gefertigt. Die Qualifizierung erfolgte über Materialkennwerte und Coupontests sowie die Herstellung von Demonstratoren/Preforms.

Forschungsziele des IPF

• TFP-basierte Preform- und Spantfertigung (inkl. Optimierung des Lagenaufbaus, z. B. „interleaved“ ±45°-Strukturen) für Omega- und Z-Spanten.
• Entwicklung eines elektrisch beheizbaren Compositetools mit integrierter carbonfaserbasierter Widerstandsheizung, inklusive Auslegung/Regelung und Erreichen homogener Temperaturverteilungen.
• Charakterisierung & Validierung der Prepreg-/TFP-Strukturen (Coupontests, Zug/Druck, Mechanik) sowie Infiltration (u. a. VAP) und Bereitstellung vergleichbarer Demonstratoren.

Projektpartner

Airbus Bremen (AG), Deutschland
Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH, Deutschland
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland

Projektträger

BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung, jetzt das BMFTR - Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt

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DAAD "PROBRAL"

DFG priority program 1123 (''Schüttgutbecher'')

Entwicklung festigkeitsoptimierter biaxialer Gestrick-Preforms für komplexe Geometrien: Auslegung, Herstellung und Prüfung eines biaxial verstärkten GFK-Schüttgutbehälters.

Das Projekt ist Teil des Schwerpunktprogramms (SPP) 1123 mit dem Titel: „Textile Verbundbauweisen und Fertigungstechnologien für Leichtbaustrukturen des Maschinen- und Fahrzeugbaus". Ziel des Forschungsvorhabens ist die systematische Erarbeitung ingenieurwissenschaftlicher Grundlagen für die lastpfadgerechte Gestaltung textiler Preforms und Bauteile. Darüber hinaus liegt der Fokus auf der Entwicklung textilangepasster Fertigungstechnologien, Konsolidierungsverfahren, Montagetechniken und Werkzeugsysteme. Anhand ausgewählter Technologiedemonstratoren aus dem Maschinen- und Fahrzeugbau werden beispielhaft innovative Lösungsansätze für die beanspruchungsgerechte Entwicklung textilverstärkter Verbundstrukturen in Leichtbauweise aufgezeigt.

Zweck:

• Konzeption und Konstruktion eines zweischaligen Werkzeugs für die Injektion einer 3D-Preform aus Biaxialgestrick mit variablen Wandstärken.
• Entwicklung und Herstellung eines elektrisch beheizbaren Injektionswerkzeugs aus Faserverbundwerkstoffen.
• Erarbeitung einer Fertigungstechnologie für die Herstellung des Schüttgutbehälters.
• Fertigung von Schüttgutbehältern unter Verwendung unterschiedlicher Varianten des Biaxialgestricks.

DFG "MerVa"

Methoden- und Prozessentwicklung zur Infiltration hochbelastbarer topologieoptimierter Faser-Kunststoff-Verbundbauteile mit variabelaxialer Faserarchitektur (MerVa)

Förderzeitraum: 2019 - 2022

Das Projekt MerVa zielt auf ein systematisches Prozessverständnis zur Infiltration von tragwerksartigen variabelaxialen Tailored-Fiber-Placement (TFP)-Strukturen. Für diese Strukturen sind Fließ- und Füllverhalten bislang weder hinreichend vorhersagbar noch verlässlich auslegbar. Dafür entwickeln und validieren FAST und IPF mehrskalige Simulationsmethoden (Mikro–Meso–Makro) und ergänzen diese durch experimentelle Permeabilitätsmessungen sowie bildgebende Analysen. Ziel ist eine belastbare Grundlage zur späteren Auslegung und Optimierung des Herstellungsprozesses von TFP-Bauteilen.

Forschungsziele des IPF

• Experimentelle Bestimmung der Permeabilität und der inhomogenen Werkstoffstruktur von TFP-UD-Preformen (insb. Einfluss von Nähfadenführung und FVG).
• Quantifizierung der Faser- und Harzverteilung mittels Schliffbildern und CT/µCT zur Parametrisierung von Meso-Modellen.
• Aufbau/Weiterentwicklung von Meso-Struktur- und Generator-Modellen (inkl. Rekonstruktion des Nähfadenverlaufs) als Basis für skalierte Simulationen.

Projektpartner 

Institut für Fahrzeugsystemtechnik, Lehrstuhl für Leichtbautechnologie (FAST), KIT, Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland

Projektträger

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

DFG "OptiTex"

DFG "Kreuzbandersatz"

Tissue Engineering einer vorderen Kreuzbandplastik auf der Basis resorbierbarer, gestickter Träger: Entwicklung einer Hybridstruktur bestehend aus einer biomechanischen, einer biointegrativen und einer „vitalen“ Einheit Förderzeitraum

 

Förderzeitraum: 02/2012 – 01/2015
Fortsetzungs-/Erweiterungszeitraum für IPF und FILK: 02/2015 – 01/2017

Der Fortsetzungsantrag entwickelt eine ACL-Hybridstruktur aus gestickten, resorbierbaren Scaffold-Komponenten und einer zusätzlichen „vitalen“ Einheit aus Zell- und ECM-basierten Komponenten. Ziel ist eine robuste Enthesis-artige Interface-Zone (Knochen–Knorpel–Ligament) sowie die Integration funktioneller Zellbarrieren. Dafür werden Material/Stickdesign, Kollagen-Infiltration, Poren-/Template-Strukturen und Mechanostimulation systematisch optimiert und im dynamischen Nacktmausmodell sowie final im orthotopen Kaninchenmodell getestet.

Forschungsziele des IPF

• Scaffolddesign & Sticktechnologie: Einarbeitung funktioneller Kollagenbarrieren und Entwicklung einer longitudinal ausgerichteten Porenstruktur (Template/Verlorener Kern bzw. Kollagenhohlfasern).
• Material- und Degradationsstudien: Untersuchung des Degradationsverhaltens der Scaffold-Fadenmaterialien unter Einfluss der Zellkultur (mechanisch/chemisch/strukturell).
• Bereitstellung/Charakterisierung sticktechnisch geeigneter Scaffolds (Mustervarianten) für in‑vitro/ in‑vivo Studien inkl. Auswahl schmelzgesponnener PLA-Fäden.

Projektpartner

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland 
Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH (FILK), Deutschland 
Klinikum Nürnberg Medical School GmbH, Deutschland
Paracelsus Medizinische Privatuniversität (PMU), Deutschland 

Projektträger

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

 

 

EU "EMBROIDERY"

EMBROIDERY – Development of energy efficient / lightweight composite parts and tooling based on Tailored Fibre Placement technology / self heating technology

Förderzeitraum: 01/2011 – 12/2012

Das Projekt EMBROIDERY entwickelt selbstbeheizte, in Verbundwerkzeuge bzw. Membranen integrierbare Schichten auf Basis der Tailored Fibre Placement (TFP)-Technologie. Ziel ist eine energieeffizientere und schnellere Fertigung (v. a. für Out-of-Autoclave/Infusion-Prozesse) sowie verbesserte Prozessrobustheit durch Monitoring und Automatisierung. Zusätzlich werden Algorithmen bereitgestellt, um das Faser-Steering von TFP in einer nutzbaren Software für die Composites-Auslegung auszuschöpfen.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Erweiterung von FEA-gestützten Modellen und Fehlkriterien für TFP-Bauteile mit gekrümmten, nicht-uniformen Faserkonfigurationen.
• Validierung theoretischer Optimierungskriterien (z. B. CAIO/Load Path, inkl. praktische Designrichtlinien für generische Bauteiltypen).
• Entwicklung einer industrienah nutzbaren AOPS-Design-Tool-Variante (kommerziell deploybar), um TFP-Fasersteuerung softwareseitig zu unterstützen.

Projektpartner

Fundación INASMET – Tecnalia (INASMET / INAS), Spanien 
Institut for Aircraft Design (University of Stuttgart / USTUTT), Deutschland 
Leibniz Institute of Polymer Research Dresden (IPF), Deutschland 
GMI Aero (GMI), Frankreich 
Ingenieria y Desarrollos en Composite (IDEC), Spanien 
Mandiola Composites (MANDI), Spanien 
Avana (AVANA), Ungarn Tajima (TAJIMA), Deutschland 
Q-Point Composite (QPOINT), Deutschland

Projektträger

Europäische Union: Seventh Framework Programme (FP7)
Förderkennzeichen: 262355

FNR "HoBaCo"

HoBaCo – Entwicklung von Holzfurnier-Basaltfaser-Composites für Anwendungen im baulichen Brandschutz

Förderzeitraum: 10/2019 - 09/2022

Das Vorhaben entwickelt und optimiert einen schwer entflammbaren Hybrid-Verbundwerkstoff aus Laubholzfurnieren und Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mit textilen Basaltfaserflächengebilden für den konstruktiven Brandschutz. Ziel ist eine deutliche Reduzierung von Bauteil-dicken bzw. -massen im Bau- und Fahrzeugbereich bei gleichzeitiger Sicherstellung mechanischer, akustischer sowie brandschutzrelevanter Eigenschaften. Dafür wird ein anteilig biobasiertes Phenolharz als Matrix genutzt und u. a. eine passende Faserschlichte/Haftvermittlung zwischen Basaltfasern und Matrix entwickelt. Die Material-/Simulations- und Prüfstrategie berücksichtigt den Einfluss von Temperatur und relativer Luftfeuchte. Am Projektende entsteht ein Demonstrator, der vergleichend statische, schwingungs- und brandbezogene Kennwerte liefert.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Optimierung der Materialsysteme und Basaltfasertextilien inkl. Schlichten (Haftvermittlung Basaltfaser–Phenolharz) sowie Unterstützung der Verbundauslegung.
• Beitrag zu Simulation und numerischer Modellierung zur Beschreibung der Steifigkeits-/Durchbiegungsverbesserung (FEM) inkl. Anpassung des Simulationskonzepts an klimaabhängige Versuchsdaten.
• Mitwirkung an der mechanischen, akustischen und ggf. brandschutzbezogenen Bewertung über definierte Prüf- und Kennwertaufbereitung als Grundlage für Benchmark und Demonstrator.

Projektpartner 

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF), Deutschland 
Technische Universität Dresden, Institut für Naturstofftechnik, Deutschland 
Fraunhofer Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Deutschland 
Pagholz Formteile GmbH, Deutschland 
Deutsche Basaltfaser GmbH, Deutschland 
EBF Dresden GmbH, Deutschland 

Projektträger

Fachagentur Nachwachsende Rohrstoffe e.V.

SAB/EFRE "Carbonstickgrund"

Entwicklung einer neuen Technologie zur Herstellung beanspruchungsgerecht verstärkter Vliesstoffe aus recycelten Carbonfasern

Förderzeitraum: 04/2018 - 03/2020 

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Qualifizierung von Stickgrund-Vliesstoffen für die Tailored Fiber Placement (TFP) aus recycelten Carbonfasern (rCF). Es sollen Vliesstoffe entwickelt werden, die ohne Binder auskommen und dennoch ausreichende Festigkeit für eine prozesssichere Rovingfixierung liefern. Zusätzlich werden Hybridvliesstoffe mit thermoplastischen Stapelfasern (rCF-TP) adressiert, um Duromer- und Thermoplast-Matrixsysteme abzudecken und Kosten/Materialeinsatz zu reduzieren.

Forschungsziele des IPF

• Prozessanpassung der TFP-Technologie für eine prozesssichere Rovingfixierung auf rCF- bzw. rCF-TP-Vliesstoffen inklusive Evaluierung zulässiger Stickparameter (Ziel: > 500 Stiche/Minute).
• Entwicklung eines thermoplastischen Nähfadens (Material identisch zur Thermoplast-Komponente im rCF-TP) zur verbesserten Prozesskopplung und zur Kompensation von Roving-Welligkeiten durch Aufschmelzen.
• Konsolidierung und Herstellung von Prüfkörpern (duromere und thermoplastische Matrix), inklusive Bestimmung notwendiger Konsolidierungsbedingungen (Temperatur/Druck/Zeiteinfluss) sowie Entwicklung einer Subkomponente und Demonstratorbauteils zur Leistungsdemonstration.

Projektpartner

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI), Deutschland
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland

Projektträger:

SAB - Sächsische Aufbaubank

SAB "NGScope"

Neue Generation von Aktoren für die Endoskopie (NGScopes) auf Basis intelligenter Legierungen (SMAs) und Polymerkompositen

Förderzeitraum: 01.02.2020 – 31.03.2022

Das Vorhaben entwickelt eine skalierbare Aktorplattform für eine neue Generation endoskopischer Instrumente. Grundlage sind Shape Memory Alloys (SMAs), integriert in einen mechanisch strukturierten Polymerschlauch, ergänzt um passende Steuerung, Schnittstellen und modulare Anbindung aktiver Komponenten (z. B. Optiken). Ziel ist ein funktionsfähiges Funktionsmuster (MVS) bis zum Stand TRL 5 mit Fokus auf präziser Langzeitsteuerung, nutzerzentrierter Bedienbarkeit und regulatorischer Vorbereitung. Dadurch sollen Hygieneprobleme und Einschränkungen heutiger seilzugbasierter Endoskope adressiert werden.

Forschungsziele des IPF

• Material- und Verbundentwicklung: Auslegung und Herstellung eines „Hybridmuskels“ (SMA-Integration in geeignete Polymerkomposit-/Lagerkonzepte) zur Sicherung von Präzision und Langzeitstabilität.
• Fertigungs-/Verarbeitungswege für skalierbare Aktorstrukturen (u. a. Koextrusion, Beschichtung/Verbund-Varianten, ggf. Präzisionsschweißen) samt materialmechanischer und thermischer Charakterisierung.
• Mechanische Systemintegrationstauglichkeit: Unterstützung bei der Auswahl/Prüfung der Werkstoffe sowie beim Aufbau der Kontakt- und Lagerkonzepte für das Endoskop-/Instrumentensystem.

Projektpartner

Prof. med. Jochen Hampe | Direktor der Medizinischen Klinik 1, Bereich Gastroenterologie & Hepatologie; Prof. Dr.-Ing. Andreas Richter | Lehrstuhl für Mikrosystemtechnik, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Technische Universität Dresden, Deutschland
Dr.-Ing. Axel Spickenheuer | Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden, Deutschland 
Contronix GmbH, Deutschland 
WOLFRAM Designer und Ingenieure, Deutschland

Projektträger

SAB - Sächsiche Aufbaubank

SMWK "Orbita"

Orbita - Sticktechnische Verarbeitung ultradünner Titandrähte zur Entwicklung patientenindividueller, modellierbarer Orbitabodenimplantate

Förderzeitraum: 07/2019 - 06/2021

Ziel ist die Entwicklung eines neuen, teilresorbierbaren Orbitabodenimplantats zur Rekonstruktion von Defekten. Dafür sollen flexible, resorbierbare Polymerträger lokal mit ultradünnen Titandrähten (Reintitan oder TiAl6V4) sticktechnisch verstärkt werden. Die Verstärkungsstruktur soll so gestaltet werden, dass das Implantat drapierbar, modellierbar und zuschneidbar ist, ohne durch den Metalldraht zu schneiden. Grundlage sind Material- und Prozess-Evaluierung, Designableitung aus Bilddaten und eine mechanische Test-/Prüfmethodik.

Forschungsziele des IPF

• Klassifizierung/Evaluierung von Titandrähten (Reintitan/TiAl6V4, verschiedene Durchmesser & Nachbehandlungen) auf Verstickbarkeit (u. a. für TFP- und klassische Stickprozesse).
• Eignungsprüfung resorbierbarer Membranen/Vliese/Folien als Stickgrund sowie ggf. Optimierung (inkl. hitzelöslicher Stickgründe zur Herstellung reiner Drahtgesticke).
• Design, Fertigung und Prüfung sticktechnisch realisierter Implantat-Varianten: Entwicklung von Stickmusterdaten aus CT/DVT, Morphologie/Mechanik, inklusive Prüf-Setup und Demonstratormodelle.

Projektpartner

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland 
Charité – Universitätsmedizin Berlin (assoziiert), Deutschland 

Projektträger

SMWK - Sächsisches Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus

ZIM "AniDo"

AniDO – Praktische Entwicklung eines für Tailored Fiber Placement (TFP) geeigneten Design- und Herstellungsprozesses unter Nutzung anisotroper Topologieoptimierung

Förderzeitraum: 07/2019 - 06/2021

Das Projekt entwickelt eine durchgängige Prozesskette für variabelaxiale Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) für das Tailored Fiber Placement (TFP). Aus anisotroper Topologieoptimierung werden automatisiert Faserpfaddaten erzeugt, die maschinell in Preforms umgesetzt werden. Zusätzlich werden TFP-Anlagentechnik, Konsolidierungswerkzeuge sowie ein Demonstratorbauteil entwickelt und getestet, um Industrie-Tauglichkeit nachzuweisen.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung eines automatisierten Tools zur Pfaddaten-/Faserdesigngenerierung aus anisotropen Topologieoptimierungsergebnissen für die TFP-Herstellung.
• Erweiterte Optimierung der Faserplatzierung inkl. Querschnittsoptimierung und DFPO (Direct Fiber Path Optimization) sowie Bewertung der mechanischen Performance.
• Numerische und experimentelle Verifizierung der hergestellten Strukturansätze bis hin zur Leistungsbewertung gegenüber technischen Einschränkungen.

Projektpartner 

Tokai Industrial Sewing Machine Co., Ltd (TISM), Japan 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland 
Kyoto University (Uni Kyoto), Japan 
AT Gesellschaft für technische Realisierung im Bereich Bootsbau und Kunststofftechnik mbH (AT), Deutschland 
TRUMPF Schweiz AG (TRUMPF), Schweiz 

Projektträger

ZIM - Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand

ZIM "TFPprint"

TFPPrint – Erweiterung der Tailored Fiber Placement Technologie um einen Elastomerdruckkopf für partielle Infiltration von textilen Preformen

Förderzeitraum: 01.12.2018 – 31.01.2021

Im Projekt TFPPrint soll ein neues Herstellungsverfahren entwickelt werden, das neuartige faserverstärkte Multimatrix-Bauteile ermöglicht. Auf Basis der Tailored Fiber Placement (TFP) werden Verstärkungsfasern zunächst variabelaxial abgelegt und anschließend vordefinierte Zonen mittels eines zu entwickelnden Elastomerdruckkopfes mit elastomerem Material imprägniert, um z. B. Gelenk-/Funktionselemente zu realisieren. Zusätzlich soll ein direktes Aufdrucken elastomerer Materialien auf die Preform möglich sein (z. B. Polsterung/Funktionsintegration). Das Verfahren wird an Demonstratoren aus dem orthopädischen Umfeld erprobt und in Hardware/Software des TFP-Systems technisch integriert.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung/Weiterentwicklung der TFP-Prozesskette für den Elastomerdruckkopf (Einschließen von zonenweiser Elastomer-Imprägnierung bzw. Multi-Matrix-Herstellung).
• Auslegung und Herstellung von Demonstratoren inkl. Umsetzung einer variabelaxialen Preform-Struktur und deren Verarbeitung zu Bauteilen.
• Hardware- und CAM-/Softwarenahe Prozessvorbereitung (z. B. Steuerungs-/Parameterintegration sowie Vorbereitung der Faserablage-/Druckdaten).

Projektpartner

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) — Deutschland 
Technische Universität Dresden, Institut für Feinwerktechnik und Elektronik-Design, Deutschland 
E.F.M. GmbH Entwicklung Fabrikation Marketing, Deutschland 
MOUNTEK GmbH, Deutschland 
REHA - OT Lüneburg Melchior und Fittkau GmbH, Deutschland

Projektträger

AiF Projekt GmbH (ZIM)
Förderkennzeichen: ZF4028414PO8

ZIM "FlexOr"

CFK-Unterschenkel-Fuß-Orthese mit neuartigem Rückstellfederelement (FlexOr) und automatisierter individueller Herstellung mittels Tailored Fiber Placement (TFP)

Förderzeitraum: 07/2017 - 06/2019

Ziel ist die Entwicklung einer neuartigen Unterschenkel-Fuß-Orthese (AFO) aus CFK mit einem skalierbaren Rückstellfederelement und einer patientenindividuellen, automatisierten Herstellung mittels Tailored Fiber Placement (TFP). Das Projekt verbindet digitale Datenerfassung (3D-Scan/CAD), automatisierte TFP-Fertigung von Carbonfaser-Preformen und anschließende Konsolidierung/Weiterverarbeitung zu funktionsfähigen Orthesen. Zusätzlich werden Werkstoff- und Prozessanforderungen sowie mechanische Prüf- und Validierungsansätze erarbeitet.

Forschungsziele des IPF

• Auslegung und Entwicklung eines skalierbaren Rückstellfederelements (Federwirkung/Energierückgewinnung), inkl. parametrisierter Simulationmodelle.
• CAD-basierte Fasermuster-/Stickdaten-Generierung und daten-/prozessnahe Aufbereitung für eine CNC-gestützte TFP-Fertigung (für individuelle Patientenanforderungen).
• Materialprüfung, Bauteilprüfung und mechanische Validierung der entwickelten Orthesen-/Federelement-Varianten sowie Ableitung von Randbedingungen für Prüfmethoden.

Projektpartner

Reha-OT Luneburg Melchior & Fittkau GmbH, Deutschland 
Embro GmbH, Deutschland
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland

Projektträger

ZIM - Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand

ZIM "Hotflex"

HotFlex – Entwicklung multifunktionaler Elastomerheizhauben für thermische Binderaktivierungsprozesse mit komplexer Geometrie

Förderzeitraum: 01/2016 - 12/2017

Ziel ist die Entwicklung eines neuartigen, wiederverwendbaren elektrisch beheizten Elastomerhaubensystems für Binderaktivierung/Preforming bei komplexen 3D-Geometrien im Faserverbundbereich. Durch ein integriertes elektrothermales Heizsystem (lokal in Heizzonen regelbar) sowie zusätzliche Funktionsintegration (Verstärkung, Aktoren, Sensorik) soll die Prozesszykluszeit deutlich verkürzt, die Konturgenauigkeit verbessert und die Standzeit erhöht werden. Das System soll bis zu 180 °C einsetzbar sein und für industrielle Preformprozesse (u. a. Luftfahrt) zertifizierbar bzw. tauglich gemacht werden.

Forschungsziele des IPF

• Materialwissenschaftliche Untersuchungen und Charakterisierung geeigneter Elastomer-/Verbundmaterialien für beheizbare Hauben (Temperatur-/Chemie-/Alterungs- und Schrumpfeigenschaften).
• Funktionsintegration: Entwicklung/Erprobung von Sensor- und Aktuator-Mechanismen (insb. piezobasierte Aktorik/Sensorik) auf Subkomponentenbasis und Bewertung der Dauertauglichkeit.
• Bewertung/Tests/Validierung inkl. Messungen (z. B. Dehnung, thermisches Verhalten, Drucksensorik), sowie Standzeitversuche und Ableitung von Parametern/Qualitätsnachweisen für eine Serienüberführung.

Projektpartner

Qpoint Composite GmbH, Deutschland
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland

Projektträger

ZIM- Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand

ZIM "Holz-FKV-Verbund"

ZIM "Membranpresse"

Entwicklung einer innovativen Membranpresse zur effizienteren Fertigung von Faserverbundbauteilen aus thermoplastischen Halbzeugen für kleine und mittlere Seriengrößen

Förderzeitraum: 01/2020 - 06/2022

Das Projekt entwickelt eine neuartige Membranpresse für die effiziente Fertigung von Faserverbundbauteilen mit thermoplastischer Matrix in kleinen bis mittleren Serien. Ziel ist eine deutlich schnellere und energieeffizientere Prozessführung durch IR-basierte Erwärmung sowie ein druckfähiges Überdruck-/Vakuumkonzept (5–10 bar). Kerninnovationen sind eine Hochtemperaturmembran, ein IR-Heiz- und Heizleitersystem sowie ein kostengünstiges Formwerkzeug aus Polymerbeton mit geringer Wärmeleitfähigkeit und modularer Wechselbarkeit.

Forschungsziele des IPF

• Entwicklung und Charakterisierung einer Hochtemperaturmembran (Silikon/Elastomere) inklusive thermodynamischer Degradation und Bewertung von Materialkennwerten (Wärmeleitfähigkeit, Wärmeübergang, Wärmekapazität, IR-Absorption).
• Aufbau eines FEM-/analytischen Simulationsmodells zur Thermodynamik der Fertigungskammer sowie Auslegung/Optimierung der Heizstrategie (inkl. Wechselwirkungen von Membran, Werkzeug und Halbzeug unter Druck/IR).
• Entwicklung eines integrierten Heizleitersystems in der Membran (kohlefaser- oder drahtbasiert, z. B. mäanderförmig) zur kontur-/zonenangepassten Erwärmung, inkl. Prüfung von Drapierfähigkeit und thermisch/mechanischer Stabilität.

Projektpartner

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland
Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Deutschland
Franz Fischler GmbH & Co. KG, Deutschland 
Wickert Maschinenbau GmbH, Deutschland

Projektträger

ZIM - Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand

ZIM "WintFlap"

WIntFlap - Entwicklung einer fluidtechnisch aktuierten beweglichen Hinterkantenklappe für Rotorblätter von Windenergieanlagen sowie Aufbau einer Testanlage für eine 3‑m Testsektion

Förderzeitraum: 04/2015 - 03/2017

Das Projekt entwickelt erstmals ein kompaktes, hydraulisch aktuierbares System für bewegliche Hinterkantenklappen in Rotorblättern (außenliegender Bereich), ausgelegt auf Robustheit, Langlebigkeit, Wartbarkeit und Blitzschutz. Dazu werden eine 3‑m Hinterkantenklappe als Demonstrator entwickelt und in realitätsnahen Dauertests auf Lastwechsel, Aktuierung und Wartbarkeit geprüft. Ergänzend werden aerodynamische Auslegung, Strukturintegration, Hydraulikaktorsystem sowie ein elastisches Filmscharnier-/Gelenkkonzept erarbeitet und experimentell validiert.

Forschungsziele des IPF

• Material- und Gelenkentwicklung: Entwicklung eines FKV-Elastomer-Filmscharniers als elastisches Biegegelenk zur Anbindung der Klappe, inkl. Auslegung von Biegelinie und kritischen Laminatspannungen.
• Simulation & Dimensionierung: Entwicklung/Anwendung von FE-/AOPS-gestützter Auslegung (variabelaxialer Faserentwurf) sowie Ermittlung benötigter Materialkennwerte (inkl. Klima/UV).
• Herstellung & Validierung: Fertigung von Gelenkprüfkörpern (TFP/TFP-Preform + Infiltration/Vakuum) sowie statische und dynamische Versuche zur Festigkeit und Dauerhaltbarkeit; Dimensionierung der Gelenkvariante für den Demonstrator.

Projektpartner

cp.max Rotortechnik GmbH & Co. KG, Deutschland 
WINDnovation Engineering Solutions GmbH, Deutschland 
Technische Universität Dresden – Institut für Fluidtechnik (IFD), Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland 

Projektträger

ZIM - Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand

ZIM "10k-Tool"

Neuartige CFK-Werkzeuge mit langer Gebrauchsdauer (10K-Tool)

Förderzeitraum: 10/2012 – 04/2015

Ziel ist die Entwicklung elektrisch beheizbarer Injektionswerkzeuge für den RTM-Prozess (Resin Transfer Moulding) aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen. Kernidee sind Carbonfaser-Heizstrukturen im Werkzeug sowie verschleiß- und temperaturbeständige Oberflächen/Materialsysteme. Für die geplante Serien-/Industrienutzung sollen Standzeiten bis zu 10.000 Abformungen und hohe Maßtoleranzen bei Temperaturen bis 180 °C und relevanten Prozessbedingungen erreicht werden.

Forschungsziele des IPF

• Material- und Oberflächenentwicklung für verschleißresistente CFK-Werkzeugoberflächen (inkl. Gelcoat/Harz/Beschichtungsvarianten und Auswahl langlebiger Systeme).
• Numerische Simulation des mechanischen und thermischen Werkzeugverhaltens (FE-Modelle mit integrierter Heizstruktur, Modellierung lokal optimaler Faser-/Lagenauslegung).
• Entwicklung und Validierung: Aufbau eines Oberflächen-Prüfverfahrens (werkzeugnähere Belastungsbedingungen) sowie Validierung der Simulation mittels optischer Messung (ARAMIS) und Thermografie; Ableitung einer Gestaltungsrichtlinie für das 10K-Tool.

Projektpartner

Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH, Deutschland
EAST-4D Carbon Technology GmbH, Deutschland 
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland 
Qpoint Composite GmbH, Deutschland

Projektträger

ZIM - Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand

ZIM "Development of a highly centrifugal force loaded rotor"

Konstruktive Umsetzung von Leichtbauprinzipien unter Verwendung von dreidimensional in Kraftrichtung angeordneten Endlosfasern (Demonstrator: Drehmomentstütze)

Förderzeitraum: 04/2011 - 03/2012

Ziel ist die Entwicklung eines Demonstratorbauteils (Drehmomentstütze) mit variabelaxialer Faserstruktur aus endlosglasfaserverstärktem Thermoplast (Hybridrovings GF‑PA6/66) zur deutlichen Gewichts- und Effizienzsteigerung gegenüber Referenzbauteilen (Aluminium bzw. Kurzglasfaser‑Thermoplast). Kern ist die Kombination aus strukturmechanischer Auslegung (Faserpfade entlang der Hauptspannungsrichtungen) und Herstellung der Preform über Tailored Fibre Placement (TFP) mit anschließendem Pressen/Verdichten und Weiterverarbeitung durch den Industriepartner.

Forschungsziele des IPF

• Materialentwicklung/Prozess: Ermittlung von reproduzierbaren Bedingungen zur Herstellung online gesponnener GF‑PA6/66 Hybridrovings (inkl. Spinnen, Faden-/Schaumfähigkeit, Homogenität, Schrumpfbetrachtungen).
• Auslegung & Fertigungsintegration: Weiterentwicklung/Anpassung der Auslegungs- und Berechnungsstrategie (u. a. AOPS für anisotrope FE-basierte Ableitung der Faserverläufe) sowie Ableitung der Stick-/TFP-Fertigungsdaten.
• Preformherstellung & Konsolidierung: Fertigung qualitativ hochwertiger TFP-Preforms (Stickparameter, Maschinenparameter) und konsolidierte Bauteile inklusive Werkzeugauslegung und Ermittlung geeigneter Konsolidierungsparameter (Qualität/Porosität).

Projektpartner

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF), Deutschland 
Weberitwerke Dröbing GmbH, Deutschland 
Technologie-Institut für Metall & Engineering GmbH (TIME), Deutschland

Projektträger

ZIM - Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand