WO2019201742A1 - Selektive binderapplikation - Google Patents

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WO2019201742A1
WO2019201742A1 PCT/EP2019/059285 EP2019059285W WO2019201742A1 WO 2019201742 A1 WO2019201742 A1 WO 2019201742A1 EP 2019059285 W EP2019059285 W EP 2019059285W WO 2019201742 A1 WO2019201742 A1 WO 2019201742A1
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WO
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image drum
binder
carrier material
binder material
carrier
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PCT/EP2019/059285
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French (fr)
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Eike Dohmen
Karsten Tittmann
Hubert JÄGER
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Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G7/00—Selection of materials for use in image-receiving members, i.e. for reversal by physical contact; Manufacture thereof
    • G03G7/0093—Image-receiving members, based on materials other than paper or plastic sheets, e.g. textiles, metals
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00—Developers
    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/087—Binders for toner particles
    • G03G9/08784—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775
    • G03G9/08795—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775 characterised by their chemical properties, e.g. acidity, molecular weight, sensitivity to reactants
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/087—Binders for toner particles
    • G03G9/08784—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775
    • G03G9/08797—Macromolecular material not specially provided for in a single one of groups G03G9/08702 - G03G9/08775 characterised by their physical properties, e.g. viscosity, solubility, melting temperature, softening temperature, glass transition temperature

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for applying binder particles, in particular resin particles, in a defined manner to the fiber reinforcement material of a fiber-plastic composite (FKV) component in one or more surface regions, thereby producing a semifinished product for the production of FRPs.
  • binder particles in particular resin particles
  • FKV fiber-plastic composite
  • High-quality preforming as a process step for the production of FRP components contributes significantly to the quality of resulting FRP components. This is achieved, for example, by the selective application of binder materials, since this can influence subsequent production steps and thus the component properties. Binders are used to fix fiber orientations as well as individual layers and sub-preforms. This stabilizes the preform (preform also) and thus ensures better handling during production. Furthermore, the component properties negative effects such as fiber shifts during infiltration, wrinkling during draping and the formation of resin nests and areas with different fiber volume fraction are avoided or reduced. According to the previously known methods, for example by means of trickle rolls, only a full-surface binder application is achieved with technology-related low accuracy.
  • the processing properties with respect to drapability and infiltrability can be worsened by the full-surface application of powder solder.
  • the mechanical properties of the component in particular over long periods of time deteriorated. This can occur, for example, if the fixation is deficient or if, due to the excessive binder application, local defects and the deterioration of the matrix properties occur.
  • DE 101 63 025 A1 discloses a process for coating substrates with a powder layer.
  • Powder is electrostatically deposited on the surface of a transfer device and the transfer device and the substrate are guided relative to each other in a transfer region in the same or opposite direction or transversely to each other.
  • the surface of the transfer device coated with the powder layer and the surface of the substrate to be coated form a gap.
  • at least one electrode arranged behind the transfer device and / or behind the substrate with respect to the gap Powder particles generated to the substrate moving electric field, by which the powder is transferred from the transfer device to the substrate.
  • this method is no Discharge of the roll surface provided.
  • the substrate nothing is known about a textile substrate as a carrier material.
  • DE 36 23 738 A1 discloses an apparatus and a method for coating a textile substrate.
  • a plastic powder is applied to the areas of the textile substrate to be coated using at least one deliberately induced electrostatic field. This is done by particles emerge at points through points or openings of an electrostatically charged roller on a passing on the roller fleece, which are determined by the pattern of electrostatically charged surfaces on a corresponding roller.
  • selective binder application means that pulverulent binder material is applied to a carrier material in predetermined regions which are distributed irregularly or in a regular pattern.
  • the amount of binder applied in a given area can also be controlled selectively.
  • binders or binder materials are thermoplastic or other softening by heat and solidifying after cooling auxiliaries, which fix fiber orientations in the manufacturing process of a FKV component, connect individual layers and sub-preforms and stabilize the preform.
  • Thermosetting binders and combined binders with thermoplastic and thermosetting components are also suitable whose reaction kinetics allow softening at elevated temperatures without the occurrence of further crosslinking.
  • Common binder systems include, for example, the thermoplastic Vestamelt 730 binder (Evonik Industries) and the thermosetting binders Araldite LT 3366 (Huntsman Advanced Materials GmbH) and Epikote 05311 (Hexion Inc.).
  • binder materials are used which have a high compatibility with the matrix material or are also used as matrix material of the finished fiber composite component. So that the powdery binder material adheres to the transfer medium by means of the electrostatic forces, the particle size should be sufficiently low. In particular, particle sizes in the range of preferably 5 - 500 .mu.m, more preferably 20 - 450 pm, and most preferably in the range of 50 - 350 pm (measurement by laser diffraction) have been found to be practicable. Smaller particle sizes (up to the order of magnitude of the particles of laser printer toners from the prior art) are also possible if the necessary handling instructions (respirableness of the particles) are observed.
  • textile materials which are suitable as fiber reinforcing material for fiber composite materials are considered as carrier materials. So that the carrier materials can be provided with stable binder distribution patterns, the carrier materials must be able to be handled independently as flat semifinished products (for example mats). They must therefore have their own integrity and must not break down into individual fibers in the steps described below. Pure fillings of short fibers or loose fiber knits are not suitable. Particularly suitable are all forms of textile carrier materials (braids, knitted fabrics, fabrics, scrims, felts, nonwovens, etc.).
  • the fiber reinforcement materials consist of known fibers of the art, such as glass fibers, carbon fibers, metal fibers, basalt and other rock fibers, natural fibers, such as sisal or plastic fibers. In particular, papers as support materials or similar closed fiber agglomerates are not the focus of the present invention.
  • the object is achieved with a method which comprises at least the steps of: providing a carrier material comprising a flat semifinished product made of fiber reinforcement material,
  • the image drum is either approximated to the carrier material and the powdered binder material is electrostatically transferred from the image drum to the carrier material, or
  • the image drum comes into contact with the carrier material and the powdery binder material is deposited on the carrier material, optionally stripping binder material residues from the image drum by means of a Abstreifblechs and complete discharge of the image drum, z. B. by means of LED lighting,
  • binder material optionally fixing the binder material to the substrate by heating to softening and then cooling to solidification of the binder material
  • Proposed is an apparatus for carrying out the method in which a targeted transfer of particles from a powder supply onto a carrier medium takes place by means of electrostatic interactions (laser printer principle or xerography / electrophotography).
  • a rotating photoconductive roller image drum, image drum / image roller, image scroll, which consists, for example, of a metal roller with an outer semiconductor layer
  • a charging roller or a charge corona by means of illumination, for. B. laser beam, selectively discharged.
  • the image drum is only closely approximated to the carrier material.
  • an electrode arranged behind the carrier material or, if the carrier material is electrically conductive, by applying an electrical voltage to the carrier material, electrostatic forces of attraction act on the powder particles, which cause a detachment from the image drum and a transfer to the carrier material.
  • the transfer of the binder particles thus takes place without contact.
  • the distance between the image drum and the carrier material as well as the electrical voltage to be applied depend on the properties (eg conductivity, material thickness, dielectric constant) of the carrier material and the charging of the image drum.
  • Typical distances between image drum and surface of the carrier material are in the range between 0.1 mm to 5 mm.
  • the carrier material performs a relative movement with respect to the image drum in its unwinding direction.
  • the relative movement takes place at a speed which corresponds in magnitude and direction to the rotational speed of the image drum.
  • a differential speed between image drum and carrier material is avoided, since otherwise a blurring or a faulty transfer of the applied binder particles would take place.
  • any pattern or irregularly shaped, provided with powdery binder material areas can be formed.
  • the patterns or areas to be printed can be calculated or prepared by means of data processing equipment and transmitted to the electronics (control unit) of the device analogously to a laser printer.
  • the rotating roller which operates as an image drum, other known components from the laser printer technology are possible.
  • transfer belts can also be used.
  • a plurality of image drums arranged one behind the other in the direction of movement of the carrier material which apply the same or preferably different powdery binder materials in predetermined areas to the carrier material. It is thus possible to provide regions on the surface of the carrier material which do not have any powdered binder material or else different binder materials. This makes it possible, for example, to use binder materials which soften at different temperatures or also use binder materials which are colored differently.
  • a plurality of transfer belts which are likewise arranged one behind the other in the direction of movement of the carrier material.
  • the movement of the fibrous reinforcing material with respect to the image drum (which transfers the powdered binder material to the fibrous reinforcing material) and past a fuser roll or other means for softening the binder is preferably by means of a conveyor belt or by means of transport rollers.
  • the surface of such transport rollers can be designed differently see, for example.
  • profiled role or needle roller As a full role, profiled role or needle roller.
  • conveyor belts which can be performed, for example, as closed belts, profiled belts or chain belts.
  • the use of a rigid support on which rests the fiber reinforcement material and which in turn rests on transport rollers or a conveyor belt is possible.
  • the distance between the image drum and the conveyor belt or transport rollers is adjustable, so that adaptation to the thickness of the carrier material can take place.
  • an electrode can be arranged below the carrier material, which is charged opposite to the binder particles. This promotes the detachment of the binder particles from the image drum onto the carrier material.
  • the electrode may preferably be designed as a corresponding roller to the image drum, so that the carrier material is simultaneously touched by both roles when depositing the particles of the binder material. If the carrier material is moved on a rigid support under the image drum, advantageously this rigid support can be used as an electrode and charged accordingly.
  • the carrier material can be moved under at least one fixing roller in order to fix the applied powder particles to the carrier material.
  • Which non-stick coating is suitable depends on the binder material. Its properties are known to the person skilled in the art. Silicone or polytetrafluoroethylene (PTFE, Teflon) are suitable, for example, for a variety of binder materials as non-stick coatings.
  • the brief or partial softening of the binder particles can also be carried out by means of other known methods from the prior art.
  • a hot air blower or heating lamps in particular of infrared emitters, possible.
  • care must be taken that no undesired changes for example, premature curing of thermosetting binder particles or decomposition of thermoplastic binder particles.
  • the person skilled in the art knows the thermal and chemical properties of the binder particles so that they can make an appropriate selection for the method and the temperature regime used.
  • a second fiber reinforcement material layer is positioned on the fibrous reinforcement material layer sprinkled with the binder material before the fixing of the carrier material, and only then the fixing process is carried out. This causes the second fiber reinforcement layer to be fixed by the softening binder material on the first fiber reinforcement material layer sprinkled with the binder material at selected locations or over the entire area of binder material on the first fiber reinforcement material layer. This creates an easily handled semi-finished product for the production of fiber composite components.
  • one carrier material with already fixed binder material one or more fiber reinforcement material layers, which optionally also have fixed binder materials and the layers at the locations where binder material is present, by briefly softening the binder materials together.
  • the proposed device for selective Pulverbinder Vietnamese is performed by means of a robot arm in space and can thus selectively apply binders on single or multiple curved preforms.
  • the relative movement between image drum and carrier material can be effected by the movement of the robot arm or the carrier material or by both. It is essential that the relative movement always takes place in the unwinding direction of the image drum.
  • portal machine also called portal or bridge
  • a portal machine which allows a movability of the image drum, at least in the Y direction (direction of relative movement of image drum and substrate), preferably in the XY direction, as well as a rotation of the image drum about the Z direction, wherein the Z direction perpendicular to X - and Y-direction, to the surface on which rests the substrate, and the
  • Rotation axis of the roller is directed.
  • the proposed device for the selective powder connector application is miniaturized, so that the image drum has a width in the range of customary selective application widths, for example in the range of 1 to 3 cm.
  • the passage of a surface on which the carrier material rests in addition to or alternatively to the movement of the image drum possible.
  • the movement of the portal and the positioning of the roll are carried out analogously to known cutting bridges for the preparation of fiber reinforcement material from the prior art.
  • the electronic control options are advantageous to take.
  • a non-contact method preferably by means of
  • Fiber reinforcement material layer is placed with the fixed binder material together with other Faserverstärkungsmaterial füren with or without fixed binder material in a mold having curvatures in one or more directions.
  • the fixed binder material is preferably not applied over the entire surface of the fiber reinforcement material layer in this procedure.
  • the binder material is arranged so that it holds together after forming into a single or multiple curved shape and a renewed short-term softening the Faserverstärkungsmaterialtiken that the curvature is retained after removal from the mold.
  • fiber reinforcement semi-finished products can be preformed for further processing.
  • the layers of fiber reinforcement material are not shifted against each other during later infiltration with matrix material.
  • the interconnected fiber reinforcement material layers consist of fibers that differ in material, length, thickness or other parameters.
  • the semi-finished products produced according to the invention can be further processed after optional storage using methods according to the prior art. So they can be inserted into known mold cavities and soaked with matrix material. This is preferably done as RTM method.
  • RTM method the connecting surfaces between the Layers of fiber reinforcement material are not glued over the entire surface, but only partially. As a result, the spread of the liquid matrix material is less hindered and the formation of trapped air is largely avoided.
  • Fig. 1 shows schematically the sequence of the method according to the invention in a device according to the invention with infrared heating 26 for fixing the powdery binder material.
  • the fiber reinforcement material which is used as a carrier material 1
  • the image drum 2 is uniformly charged with charge carriers (electrons) 24 via a prior art charge carrier roller 33.
  • charge carriers electrosprays
  • the homogeneous coverage of the photoconductive lateral surface (semiconductor material) of the image drum 2 with charge carriers 24 is partially neutralized, so that charge carrier-free regions 25 are formed.
  • the lateral surface is guided past the reservoir 21 for powdery binder material 3.
  • powdered binder material 3 of the lateral surface of the image drum 2 is supplied.
  • this powdery binder material 3 adheres only to the areas of the lateral surface of the image drum 2, which are still charged electrostatically.
  • the binder pattern on the lateral surface of the image drum 2 is developed and arise with binder material occupied areas 31 and binder-free areas 32. These areas are formed when rolling the image drum 2 on the surface of the substrate as well covered with binder material 3 areas 1 1 and binder-free areas 12 from.
  • the binder material is heated in the areas occupied by binder 1 1, whereby it softens and adheres to the surface of the substrate 1 (fixed).
  • the aperture 28 prevents the overheating of surrounding areas.
  • Fig. 2 shows schematically the sequence of the method according to the invention in a device according to the invention analogous to FIG. 1, but with a heated fixing roller 29 and an electrode 201, which supports the detachment of the particles of the powdery binder material from the image drum 2.
  • Fig. 3 shows schematically the sequence of the method according to the invention in a device according to the invention analogous to Fig. 1, but here are the components image drum 2, heater 26, aperture 28, loading roller 33 and Abstreifblech 34 including all associated processes and materials in a tool head 36th integrated, which can be tilted and positioned freely in space by a coordinate-controlled handling unit 37, such as a gantry machine, a robot arm or guided on a gantry robot arm.
  • a coordinate-controlled handling unit 37 such as a gantry machine, a robot arm or guided on a gantry robot arm.
  • a transfer to non-planar fiber reinforcement materials 1 becomes possible.
  • the coordinate system K is intended to symbolize the possibility of movement of the handling unit 37 in all three spatial directions x, y, z as well as the rotation, tilting and tilting possibility of the handling unit 37 about these axes x, y, z. Since the transport movement in this embodiment can be advantageously realized by the handling unit 37, the transport rollers 22 of FIG. 1 can be replaced by a simple support form or support 35.
  • FIG. 4 shows some preferred process variants, which may in particular follow the production of the carrier material with a selective coating with binder material.
  • the solid lines indicate necessary procedures, the dashed, optional.
  • a fiber reinforcement material 1 for a fiber-reinforced component is provided on a flat rigid support body (support plate - not shown).
  • the fiber reinforcement material 1 has a rectangular base area of 210 ⁇ 210 mm and a Material thickness of about 0.7 mm.
  • the fiber reinforcing material 1 consists of carbon fibers which are in the form of a fabric.
  • the fiber reinforcement material 1 is moved under a converted printing unit of a Dell 2330dn laser printer.
  • the support plate rests on a roller conveyor 22, which is driven by a toothed belt drive.
  • the support plate is charged via electrically conductive brushes (not shown) opposite to the binder particles.
  • the printing unit has been freed from the feeder mechanism and the heated fixing drum and now has, in addition to the pressure electronics, the image drum 2 and the toner container 21 as the most essential components.
  • the toner container 21 contains the powdery binder 3, which has a particle size of 100 - 300 pm.
  • the binder Huntsman Araldite LT 3366 is used as powdered binder 3.
  • the carrier material 1 is moved through at a speed below the printing unit, which corresponds to the rotational speed of the image drum 2.
  • the image drum 2 is occupied by the charge roller 33 with charge carriers, which are selectively removed by means of the laser beam 23 according to a predetermined pattern. In this way, particles of the powdery binder 3 adhere to the predetermined regions of the image drum 2.
  • the image drum 2 contacts the surface of the carrier material 1 and transfers the particles of the pulverulent binder adhering to it in the predetermined pattern 1 1, 12 on the surface of the carrier material 1.
  • the pattern was designed in advance on the computer and transmitted to the printer electronics as a print job, such as when printing on paper. As a pattern three parallel to the longitudinal edges of the substrate 1 extending binder strip of 3 cm in width are provided for this specific case.
  • Two of the strips are at a distance of 2 cm from the respective outer edges and one strip in the middle, between the two outer strips.
  • the carrier material 1 continues to move and is passed under a series of infrared radiators 26 after passing through a diaphragm 28, which shields the heat radiation against the printing unit.
  • These infrared radiators 26 cause softening of the powdered binder, whereby a secure adhesion of the binder particles takes place on the carrier material 1 of carbon fiber fabric.
  • the binder material solidifies again.
  • the local area 1 1 has on the top, which are provided with adhesive binder material.
  • the semi-finished product can now be stored until further processing.
  • the semifinished product is now transported to a shape that predetermines a curvature in the longitudinal direction.
  • a second layer of fiber reinforcement material is laid on top of the first layer.
  • the mold is closed and heated.
  • the two layers of fiber reinforcement material are bonded together over the entire length by means of the three binder stiffeners.
  • a further processed second semifinished product is available, which has a curvature which remains due to the bonding of the layers by means of the binder material. A shift of the layers against each other is effectively prevented.
  • This second semi-finished product can be stored for any length before it is fed to further processing.
  • the second semifinished product with curvature is inserted into a suitable shape.
  • the mold is closed and flooded with matrix material in a prior art process. Again, a shift of the layers of fiber reinforcement material is avoided by the binder material. However, since the binder is only interleaved between the layers of fiber reinforcement material, spreading of the liquid matrix material is much less hindered than would be the case in full-surface bonding of the prior art.
  • the fiber reinforcement material 1 for a fiber-reinforced component is provided on a support mold 35, which has the geometry of the FKV component with multiply curved surfaces to be produced.
  • the support mold 35 has the outer dimensions of 800 x 600 x 370 mm and consists of a microcellular model material based on polyurethane.
  • the fiber reinforcement material 1 was previously cut to the required contours, the outer dimensions of which are approximately 590 x 815 mm, according to a drape simulation, and draped onto the curved support mold 35.
  • the fiber reinforcement material 1 is a twill weave carbon fiber fabric (2/2) and has a basis weight of 400 g / m 2 and a material thickness of about 0.7 mm.
  • the powdered binder 3 used is the binder Huntsman Araldite LT 3366, which has particle sizes of 100-300 ⁇ m.
  • the device according to the invention is integrated in a miniaturized form in a tool head 36 which contains the components of the image drum 2, illumination unit with laser 23, heating device 26, shutter 28, charge roller 33, stripping plate 34 and storage container 21.
  • the image drum 2 has a width of 30 mm.
  • coordinate-controlled Handling unit 37 a KUKA KR 16-2 robot is used, which has six axes and a maximum range of 161 1 mm.
  • the image drum 2 is occupied by the charge roller 33 with charge carriers, which are selectively removed by means of the laser beam 23 according to a predetermined pattern. In this way, particles of the powdery binder 3 adhere to the predetermined regions of the image drum 2.
  • a relative movement of the image drum 2 relative to the carrier material 1 is carried out by the process of the tool head 36 such that the relative movement corresponds to the rotational speed of the image drum 2, and thus an application of the particles of the pulverulent binder 3 on the carrier material 1 realized in the given pattern.
  • the programmed path of the tool head 36 or the image drum 2 corresponds to the curved lines on the three-dimensional surface of the fibrous reinforcement material 1 draped on the support mold 35, on which powdered binder 3 is to be applied.
  • These lines of the binder pattern were previously determined in a computer simulation and transmitted to the control of the robot arm.
  • As a pattern three parallel to the longitudinal edges of the substrate 1 extending binder strips of 3 cm width (width of the image drum 2) are provided for this specific case. Two of the strips are at a distance of 2 cm from the respective outer edges and one strip in the middle, between the two outer strips. To realize a defined particle density in the middle strip a screening of 50% of the maximum possible binder load is provided.
  • the carbon fiber substrate 1 is grounded via the support mold 35.
  • the inclination and rotation (rotations about all three coordinate axes x, y, z) of the tool head 36 are adjusted so that the alignment of the tool head 36 corresponds to the surface normal and the heater 26 is located behind the image drum 2 in the direction of movement.
  • the image drum 1 After depositing the binder material, the image drum 1 is freed by the Abstreifblech 34 of residual binder and remaining charges. The image drum 2 can now be recharged and the printing process can be repeated.
  • a diaphragm 28 which shields the heat radiation against the printing unit, is guided over the carrier material 1.
  • the iris 28 is followed by a row of infrared radiators 26.
  • These infrared radiators 26 soften the particles of the pulverulent binder, thereby ensuring that the binder particles adhere securely to the carbon fiber substrate 1.
  • the binder material cools and solidifies.
  • the local areas 1 1 has on the top, which are provided with adherent binder material. The semi-finished product can now be stored until further processing.
  • a second layer of fiber reinforcement material 1 is placed in the mold 35 and selectively coated analogously to the previously described steps.
  • a third layer without binder material is placed on the first two layers, the mold is closed and heated.
  • the layers of fiber reinforcement material 1 are bonded together by the applied binder lines over the entire line length.
  • a further processed second semifinished product (preform) available that has multiple curvatures, which remain due to the fixation of the layers by means of the binder material. A shift of the layers against each other is effectively prevented.
  • This second semi-finished product can be stored for any length before it is fed to further processing.
  • the second semifinished product with curvature is inserted into a suitable shape.
  • the mold is closed and flooded with matrix material in a prior art process. Again, a shift of the layers of fiber reinforcement material is avoided by the binder material. However, since the binder is only interleaved between the layers of fibrous reinforcing material, spreading of the liquid matrix material is much less hindered than would be the case with prior art full-surface adhesions.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für faserverstärkte Verbundmaterialien vorgestellt, bei dem ein Trägermaterial (1) aus Faserverstärkungsmaterial mittels einer elektrostatisch geladenen Bildtrommel (2) nach Art der Elektrofotografie selektiv mit pulverförmigem Bindermaterial (3) belegt wird. Durch Erhitzen wird das pulverförmige Bindermaterial vorübergehend erweicht und haftet nach dem Abkühlen auf dem Faserverstärkungsmaterial. Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur selektiven Binderapplikation offenbart.

Description

Selektive Binderapplikation
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung, um auf das Faserverstärkungsmaterial eines Faser-Kunststoff-Verbund(FKV)-Bauteils in einem oder mehreren Oberflächenbereichen Binderpartikel, insbesondere Harzpartikel, in definierter Weise aufzutragen und so ein Halbzeug für die Herstellung von FKV-Bauteilen zur Verfügung zu stellen.
Ein qualitativ hochwertiges Preforming trägt als Prozessschritt zur Herstellung von FKV- Bauteilen wesentlich zur Qualität resultierender FKV-Bauteile bei. Dies wird beispielsweise durch die selektive Applikation von Bindermaterialien erreicht, da hierdurch nachfolgende Fertigungsschritte und somit die Bauteileigenschaften beeinflusst werden können. Binder dienen zur Fixierung von Faserorientierungen sowie von Einzellagen und Sub-Preforms miteinander. Dadurch wird die Preform (auch Vorform) stabilisiert und somit eine bessere Handhabung während der Fertigung gewährleistet. Weiterhin werden sich auf die Bauteileigenschaften negativ auswirkende Effekte wie Faserverschiebungen während der Infiltration, Faltenbildung beim Drapieren sowie die Bildung von Harznestern und Bereichen mit abweichendem Faservolumenanteil vermieden bzw. reduziert. Nach den bisher bekannten Methoden, beispielsweise mittels Rieselwalzen, wird lediglich ein vollflächiger Binderauftrag mit technologiebedingter geringer Genauigkeit erreicht. Durch den vollflächigen Pulverbinderauftrag können einerseits die Verarbeitungseigenschaften hinsichtlich Drapierbarkeit und Infiltrierbarkeit verschlechtert werden. Andererseits können durch ungenauen inhomogenen Pulverauftrag mit Abweichungen in der Pulververteilung die mechanischen Eigenschaften des Bauteils, insbesondere über längere Zeiträume, verschlechtert werden. Dies kann bspw. eintreten, wenn die Fixierung mangelhaft ist oder es aufgrund des zu hohen Binderauftrags zu lokalen Fehlstellen und der Verschlechterung der Matrixeigenschaften kommt.
So ist aus der DE 101 63 025 A1 ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit einer Pulverschicht bekannt. Pulver wird elektrostatisch auf die Oberfläche einer Transfervorrichtung abgeschieden und die Transfervorrichtung und das Substrat werden relativ zueinander in einem Übertragungsbereich in gleicher oder entgegengesetzter Richtung oder quer zueinander geführt. Dabei sind in dem Übertragungsbereich die mit der Pulverschicht beschichtete Oberfläche der Transfervorrichtung und die zu beschichtende Oberfläche des Substrates einen Spalt bildend einander gegenüber angeordnet Im Übertragungsbereich wird durch mindestens eine, bezüglich des Spaltes hinter der Transfervorrichtung und/oder hinter dem Substrat angeordnete Elektrode, ein die Pulverpartikel zu dem Substrat bewegendes elektrisches Feld erzeugt, durch das das Pulver von der Transfervorrichtung auf das Substrat übertragen wird. Bei diesem Verfahren ist keine Entladung der Walzenoberfläche vorgesehen. Hinsichtlich des Substrats ist nichts über ein textiles Substrat als Trägermaterial bekannt.
Die DE 36 23 738 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten eines textilen Substrats. Dabei wird ein Kunststoffpulver auf die zu beschichtenden Stellen des textilen Substrats unter Anwendung mindestens eines bewusst herbeigeführten elektrostatischen Feldes aufgebracht. Dies erfolgt, indem durch punktförmige Ausnehmungen oder Öffnungen einer elektrostatisch geladenen Walze Partikel an jenen Stellen auf ein an der Walze vorbeigeführtes Vlies austreten, die durch das Muster elektrostatisch geladener Flächen an einer korrespondierenden Walze bestimmt werden.
Die genannten Verfahren ermöglichen lediglich vollflächige Beschichtungen oder Beschichtungen mit regelmäßigen Mustern.
Durch die gezielte selektive Binderapplikation können die beschriebenen Probleme deutlich reduziert werden. Entsprechendes ist in der DE 10 2007 032 904 B3 beschrieben. Aufgrund technologischer Probleme fehlt jedoch derzeit ein geeignetes Verfahren zum selektiven Pulverbinderauftrag auf das Faserverstärkungsmaterial eines FKV-Bauteils. So treten beispielsweise beim selektiven Auftrag pulverförmiger Binder mittels Sprühen zu hohe Auftragsmengen und Inhomogenitäten im Sprühbild auf.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur selektiven Applikation von partikelförmigen Bindermaterialien an Trägermaterialien vorzuschlagen. Dieses Verfahren soll die Möglichkeit bieten, wechselnde Binderverteilungsmuster auf Trägermaterialien aufzubringen.
Unter selektiver Binderapplikation im Sinne dieser Erfindung wird verstanden, dass auf ein Trägermaterial in vorgegebenen Bereichen, die unregelmäßig verteilt sind oder in einem regelmäßigen Muster vorliegen, pulverförmiges Bindermaterial aufgebracht wird. Dabei kann die in einem vorgegebenen Bereich aufgebrachte Bindermenge ebenfalls gezielt gesteuert werden.
Als Binder bzw. Bindermaterialien werden thermoplastische oder sonstige, durch Hitze erweichende und nach Abkühlung verfestigende Hilfsstoffe bezeichnet, die im Fertigungsprozess eines FKV-Bauteils Faserorientierungen fixieren, Einzellagen und Sub- Preforms verbinden und die Preform stabilisieren. Auch duroplastische Binder und kombinierte Binder mit thermoplastischen und duroplastischen Komponenten sind geeignet, deren Reaktionskinetik ein Erweichen bei erhöhten Temperaturen, ohne das Stattfinden einer weiteren Vernetzung, zulässt. Verbreitete Bindersysteme sind beispielsweise der thermoplastische Binder Vestamelt 730 (Evonik Industries) sowie die duroplastischen Binder Araldite LT 3366 (Huntsman Advanced Materials GmbH) und Epikote 05311 (Hexion Inc.). Besonders bevorzugt kommen als Binder Materialien zum Einsatz, die eine hohe Kompatibilität mit dem Matrixmaterial aufweisen bzw. auch als Matrixmaterial des fertigen Faserverbundbauteils genutzt werden. Damit das pulverförmige Bindermaterial mittels der elektrostatischen Kräfte an dem Transfermedium haftet, sollte die Partikelgröße hinreichend gering sein. Insbesondere Partikelgrößen im Bereich von bevorzugt 5 - 500 pm, besonders bevorzugt 20 - 450 pm, und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 50 - 350 pm (Messung mittels Laserbeugung) haben sich als praktikabel erwiesen. Geringere Partikelgrößen (bis hin zu der Größenordnung der Partikel von Laserdruckertonern aus dem Stand der Technik) sind bei Beachtung der notwendigen Handhabungsvorschriften (Lungengängigkeit der Partikel) ebenfalls möglich.
Als Trägermaterialien werden hier insbesondere textile Materialien, die als Faserverstärkungsmaterial für Faserverbundwerkstoffe geeignet sind, angesehen. Damit die Trägermaterialien mit stabilen Binderverteilungsmustern versehen werden können, müssen die Trägermaterialien als flächige Halbzeuge (bspw. Matten) selbstständig handhabbar sein. Sie müssen somit eine eigene Integrität aufweisen und dürfen bei den nachfolgend beschriebenen Schritten nicht in Einzelfasern zerfallen. Reine Schüttungen von Kurzfasern oder lose Fasergewirke sind nicht geeignet. Insbesondere geeignet sind alle Formen von textilen Trägermaterialien (Geflechte, Gewirke, Gewebe, Gelege, Filze, Vliese etc.). Die Faserverstärkungsmaterialien bestehen aus bekannten Fasern aus dem Sfand der Technik, wie Glasfasern, Kohlenstofffasern, Metallfasern, Basalt- und anderen Gesteinsfasern, Naturfasern, wie bspw. Sisal oder auch Kunststofffasern. Insbesondere fallen Papiere als Trägermaterialien oder ähnliche geschlossene Faseragglomerate nicht in den Fokus der vorliegenden Erfindung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einer Vorrichtung nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensweisen bzw. Ausführungsformen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Verfahrensweisen bzw. Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Verfahrensweisen bzw. Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, das mindestens die Schritte: Bereitstellen eines Trägermaterials aus einem flächigen Halbzeug aus Faserverstärkungsmaterial,
Bereitstellen einer Vorrichtung zur selektiven Beschichtung mittels einer elektrostatisch geladenen Bildtrommel nach Art der Elektrofotografie (auch Xerografie), die vorzugsweise aus einem Pulvervorrat mit pulverförmigem Bindermaterial oder durch eine zusätzliche Pulvertransferrolle selektiv mit Bindermaterial beladen wird,
Bereitstellen eines Beschichtungsmusters und Übermittlung an die Vorrichtung zur selektiven Beschichtung,
Durchführen einer Relativbewegung von Trägermaterial und der mindestens einen Bildtrommel der Vorrichtung zur selektiven Beschichtung gegeneinander, derart, dass die Relativbewegung des Trägermaterials der Umlaufgeschwindigkeit der Bildtrommel entspricht, wobei:
o die Bildtrommel entweder dem Trägermaterial angenähert und das pulverförmige Bindermaterial elektrostatisch von der Bildtrommel auf das Trägermaterial übertragen wird, oder
o die Bildtrommel in Kontakt mit dem Trägermaterial kommt und das pulverförmige Bindermaterial auf dem Trägermaterial abgelegt wird, optional Abstreifen von Bindermaterialrückständen von der Bildtrommel mittels eines Abstreifblechs und vollständige Entladung der Bildtrommel, z. B. mittels LED- Beleuchtung,
optionales Fixieren des Bindermaterials auf dem Trägermaterial durch Erhitzen bis zur Erweichung und anschließendes Abkühlen bis zur Verfestigung des Bindermaterials,
aufweist.
Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei der/dem durch elektrostatische Wechselwirkungen ein gezielter Transfer von Partikeln aus einem Pulvervorrat auf ein Trägermedium erfolgt (Prinzip Laserdrucker bzw. Xerografie/Elektrofotografie). Dabei wird eine rotierende fotoleitende Walze (Bildtrommel, Bildtrommel/Bildwalze, Bildrolle, die bspw. aus einer Metallrolle mit einer äußeren Halbleiterschicht besteht), die vorzugsweise durch eine Ladungswalze oder eine Ladungskorona elektrostatisch aufgeladen wurde, mittels einer Beleuchtung, z. B. Laserstrahl, selektiv entladen. Beim Vorbeiführen der Mantelfläche der Bildtrommel an einem Pulvervorrat mit Bindermaterial werden daher entgegengesetzt geladene Pulverpartikel aus dem Pulvervorrat selektiv an den aufgeladenen Bereichen der Mantelfläche der rotierenden Bildtrommel anhaften. Als Pulvervorrat dient pulverförmiges Bindermaterial. Weiter wird die rotierende Walze (Bildtrommel) in einer ersten Ausführungsform mit dem Trägermaterial kontaktiert, wobei die anhaftenden Pulverpartikel auf das Trägermaterial übertragen werden.
In einer zweiten Ausführungsform erfolgt kein direkter Kontakt zwischen Bildtrommel und Trägermaterial. Die Bildtrommel wird dem Trägermaterial lediglich stark angenähert. Durch eine hinter dem Trägermaterial angeordnete Elektrode oder, falls das Trägermaterial elektrisch leitfähig ist, durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Trägermaterial, wirken elektrostatische Anziehungskräfte auf die Pulverpartikel, die eine Ablösung von der Bildtrommel und eine Übertragung auf das Trägermaterial bewirken. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Übertragung der Binderpartikel somit kontaktlos. Der Abstand zwischen Bildtrommel und Trägermaterial sowie die anzulegende elektrische Spannung ist von den Eigenschaften (bspw. Leitfähigkeit, Materialdicke, Dielektrizitätskonstante) des Trägermaterials und der Aufladung der Bildtrommel abhängig. Diese Größen sind dem Fachmann bekannt, so dass dieser im Rahmen einer Modellrechnung (bevorzugt computergestützt) eine entsprechende Auslegung vornehmen kann. Typische Abstände zwischen Bildtrommel und Oberfläche des Trägermaterials liegen im Bereich zwischen 0,1 mm bis 5 mm.
Das Trägermaterial führt in diesen beiden Ausführungsformen eine Relativbewegung gegenüber der Bildtrommel in deren Abrollrichtung aus. Dabei erfolgt die Relativbewegung mit einer Geschwindigkeit, die in Betrag und Richtung der Umlaufgeschwindigkeit der Bildtrommel entspricht. Auf diese Weise wird eine Differenzgeschwindigkeit zwischen Bildtrommel und Trägermaterial vermieden, da andernfalls ein Verwischen bzw. eine Fehlübertragung der aufgebrachten Binderpartikel erfolgen würde. Durch den gezielten Transfer des pulverförmigen Bindermaterials auf das Trägermaterial ist es möglich, sowohl die Bereiche des Bindermaterialauftrages als auch die dort aufgebrachten Bindermaterialmengen zu bestimmen. Zur Realisierung unterschiedlicher Ablagemengen von Binder in den vorgegebenen Bereichen können vorteilhaft Rasterungen (unvollständige, jedoch gleichmäßige Beladung der Bildtrommel in den entsprechenden Bereichen) der mit Binder zu belegenden Bereiche vorgesehen werden. Es ist somit möglich, sowohl einen vollständigen als auch einen partiellen Auftrag des pulverförmigen Bindermaterials in ausgewählten Bereichen auf der Oberfläche des Trägermaterials zu realisieren. Dementsprechend ist es möglich, Bereiche auf der Oberfläche des Trägermaterials vorzusehen, die kein pulverförmiges Bindermaterial aufweisen. So können beliebige Muster oder auch unregelmäßig geformte, mit pulverförmigem Bindermaterial versehene Bereiche ausgebildet werden. Die Muster bzw. zu bedruckenden Bereiche können mittels Datenverarbeitungsanlage errechnet bzw. vorbereitet werden und dam analog zu einem Laserdrucker an die Elektronik (Steuereinheit) der Vorrichtung übermittelt werden. Alternativ zu der rotierenden Walze, die als Bildtrommel arbeitet, sind auch andere bekannte Bauteile aus der Laserdruckertechnik möglich. So können bspw. auch Transferbänder eingesetzt werden.
Optional ist es möglich, mehrere in Bewegungsrichtung des Trägermaterials hintereinander angeordnete Bildtrommeln zu nutzen, die gleichartige oder aber vorzugsweise unterschiedliche pulverförmige Bindermaterialien in vorherbestimmten Bereichen auf das Trägermaterial aufbringen. So ist es möglich, Bereiche auf der Oberfläche des Trägermaterials vorzusehen, die kein pulverförmiges Bindermaterial oder aber unterschiedliche Bindermaterialien aufweisen. Dies ermöglicht es, bspw. Bindermaterialien zu nutzen, die bei unterschiedlichen Temperaturen erweichen oder auch Bindermaterialien einzusetzen, die unterschiedlich eingefärbt sind. Anstelle hintereinander angeordneter Bildtrommeln können auch mehrere Transferbänder genutzt werden, die ebenfalls in Bewegungsrichtung des Trägermaterials hintereinander angeordnet sind.
Die Bewegung des Faserverstärkungsmaterials gegenüber der Bildtrommel (die die Übertragung des pulverförmigen Bindermaterials auf das Faserverstärkungsmaterial leistet) und an einer Fixierrolle bzw. sonstigen Vorrichtungen zum Erweichen des Binders vorbei, erfolgt vorzugsweise mittels eines Transportbandes oder mittels Transportrollen. Die Oberfläche solcher Transportrollen kann dabei unterschiedlich gestaltet seh, bspw. als Vollrolle, profilierte Rolle oder Nadelrolle. Gleiches gilt für Transportbänder, die bspw. als geschlossene Bänder, profilierte Bänder oder Kettenbänder ausgeführt werden können. Auch der Einsatz eines starren Trägers, auf dem das Faserverstärkungsmaterial aufliegt und der seinerseits auf Transportrollen oder einem Transportband aufliegt, ist möglich. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen Bildtrommel und Transportband oder Transportrollen einstellbar, so dass eine Anpassung an die Dicke des Trägermaterials erfolgen kann.
Optional kann unterhalb des Trägermaterials eine Elektrode angeordnet werden, die entgegengesetzt zu den Binderpartikeln aufgeladen ist. Dies fördert das Ablösen der Binderpartikel von der Bildtrommel auf das Trägermaterial. Die Elektrode kann bevorzugt als korrespondierende Rolle zur Bildtrommel ausgeführt sein, so dass das Trägermaterial beim Ablegen der Partikel des Bindermaterials gleichzeitig von beiden Rollen berührt wird. Sollte das Trägermaterial auf einem starren Träger unter der Bildtrommel hindurchbewegt werden, kann vorteilhaft dieser starre Träger als Elektrode genutzt und entsprechend aufgeladen werden.
Nach dem Aufbringen des pulverförmigen Bindermaterials kann das Trägermaterial unter mindestens einer Fixierrolle hindurchbewegt werden, um die aufgetragenen Pulverpartikel am Trägermaterial zu fixieren. Dies erfolgt dadurch, dass die Fixierrolle beheizt wird und durch das Erweichen der pulverförmigen Binderpartikel diese an dem Faserverstärkungsmaterial anhaften. Um Anhaftungen des Bindermaterials an der Fixierrolle zu verhindern, ist diese bevorzugt mit einer Antihaftbeschichtung versehen. Welche Antihaftbeschichtung geeignet ist, hängt vom Bindermaterial ab. Dessen Eigenschaften sind dem Fachmann bekannt. Silikon oder Polytetrafluorethylen (PTFE, Teflon) sind bspw. für eine Vielzahl von Bindermaterialien als Antihaftbeschichtungen geeignet.
Das kurzzeitige bzw. partielle Erweichen der Binderpartikel kann auch mittels anderer bekannter Verfahren aus dem Stand der Technik erfolgen. So ist auch der Einsatz eines Heißluftgebläses oder von Heizlampen, insbesondere von Infrarot-Strahlern, möglich. Bei der Auswahl der Beheizungsmethoden zum kurzzeitigen Erweichen der Binderpartikel ist darauf zu achten, dass keine unerwünschten Veränderungen (bspw. verfrühtes Aushärten von duroplastischen Binderpartikeln oder Zersetzung thermoplastischer Binderpartikel) erfolgt. Dem Fachmann sind die thermischen und chemischen Eigenschaften der Binderpartikel bekannt, so dass dieser eine entsprechende Auswahl für das Verfahren und das dabei angewandte Temperaturregime treffen kann.
In einer weiterentwickelten Verfahrensweise wird vor dem Fixieren des Trägermaterials eine zweite Faserverstärkungsmaterialschicht auf die mit dem Bindermaterial bestreute Faserverstärkungsmaterialschicht positioniert und erst dann der Fixiervorgang durchgeführt. Dies bewirkt, dass die zweite Faserverstärkungsschicht durch das erweichende Bindermaterial auf der mit dem Bindermaterial bestreuten ersten Faserverstärkungsmaterialschicht an ausgewählten Stellen oder vollflächig (je nach Bereichen vorliegenden Bindermaterials auf der ersten Faserverstärkungsmaterialschicht) fixiert wird. So entsteht ein leicht handhabbares Halbzeug für die Herstellung von Faserverbundbauteilen.
Es ist ebenfalls möglich, auf ein Trägermaterial mit bereits fixiertem Bindermaterial eine oder mehrere Faserverstärkungsmaterialschichten aufzubringen, die optional auch fixierte Bindermaterialien aufweisen und die Schichten an den Stellen, an denen Bindermaterial vorliegt, durch kurzzeitiges Erweichen der Bindermaterialien miteinander zu verbinden.
In einer weiteren Vorgehensweise wird die vorgeschlagene Vorrichtung zum selektiven Pulverbinderauftrag mittels eines Roboterarms im Raum geführt und kann somit auf einfach oder mehrfach gekrümmte Preforms selektiv Binder applizieren. Die Relativbewegung zwischen Bildtrommel und Trägermaterial kann dabei durch die Bewegung des Roboterarms oder des Trägermaterials oder durch beide erfolgen. Wesentlich ist, dass die Relativbewegung stets in Abrollrichtung der Bildtrommel erfolgt. Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Prinzips ist in einer Portalmaschine (auch Portal oder Brücke genannt) zu sehen, die eine Verfahrbarkeit der Bildtrommel, mindestens in Y-Richtung (Richtung der Relativbewegung von Bildtrommel und Trägermaterial), vorzugsweise in X-Y-Richtung, sowie eine Drehung der Bildtrommel um die Z-Richtung ermöglicht, wobei die Z-Richtung senkrecht zur X- und Y-Richtung, zur Fläche, auf der das Trägermaterial aufliegt, sowie der
Rotationsachse der Rolle gerichtet ist. Optional wird dazu die vorgeschlagene Vorrichtung zum selektiven Pulverbinderauftrag miniaturisiert, so dass die Bildtrommel eine Breite im Bereich üblicher selektiver Auftragsbreiten aufweist, bspw. im Bereich von 1 - 3 cm. Optional ist hier auch die Verfahrung einer Fläche, auf der das Trägermaterial aufliegt, zusätzlich oder alternativ zur Verfahrung der Bildtrommel möglich. Die Bewegung des Portals und die Positionierung der Rolle erfolgen analog zu bekannten Zuschneidebrücken für die Konfektionierung von Faserverstärkungsmaterial aus dem Stand der Technik. Auch die elektronischen Ansteuermöglichkeiten sind vorteilhaft zu übernehmen. Bevorzugt wird beim Einsatz eines Roboterarmes oder eines Portals zum kurzzeitigen Erweichen der aufgebrachten Binderpartikel eine berührungslose Methode, vorzugsweise mittels
Heizstrahler, angewandt.
Eine weitere vorteilhafte Vorgehensweise sieht vor, dass de erste
Faserverstärkungsmaterialschicht mit dem fixierten Bindermaterial gemeinsam mit weiteren Faserverstärkungsmaterialschichten mit oder ohne fixiertem Bindermaterial in eine Form eingelegt wird, die Krümmungen in eine oder weitere Richtungen aufweist. Das fixierte Bindermaterial ist bei diesem Vorgehen vorzugsweise nicht vollflächig auf der Faserverstärkungsmaterialschicht aufgebracht. Vorzugsweise ist das Bindermaterial so angeordnet, dass es nach der Umformung in eine ein- oder mehrfach gekrümmte Form und einem erneuten kurzzeitigen Erweichen die Faserverstärkungsmaterialschichten so zusammenhält, dass die Krümmung nach dem Entformen erhalten bleibt. Auf diese Weise können Faserverstärkungshalbzeuge für eine weitere Verarbeitung vorgeformt werden. Optional ist es möglich, die Form mit Matrixmaterial zu füllen, dieses auszuhärten und so ein faserverstärktes Bauteil herzustellen. Darüber hinaus werden die Schichten von Faserverstärkungsmaterial beim späteren Infiltrieren mit Matrixmaterial nicht gegeneinander verschoben.
In einer vorteilhaften Vorgehensweise bestehen die miteinander verbundenen Faserverstärkungsmaterialschichten aus Fasern, die sich in Material, Länge, Dicke oder sonstigen Parametern unterscheiden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Halbzeuge können nach einer optionalen Lagerung mit Verfahren nach dem Stand der Technik weiterverarbeitet werden. So können sie in bekannte Werkzeugkavitäten eingelegt und mit Matrixmaterial getränkt werden. Dies erfolgt bevorzugt als RTM-Verfahren. Vorteilhaft wirkt hier, dass die Verbindungsflächen zwischen den Schichten von Faserverstärkungsmaterial nicht vollflächig verklebt sind, sondern lediglich bereichsweise. Dadurch wird die Ausbreitung des flüssigen Matrixmaterials weniger behindert und die Entstehung von Lufteinschlüssen wird weitgehend vermieden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden u. a. die folgenden Vorteile erzielt: reproduzierbare Auftragsmenge von Bindermaterial,
kleinste Auftragsmengen (Partikelanzahl pro Fläche) realisierbar,
Homogenität der Partikelverteilung,
definierte Auftragskonturen/-muster von Bindermaterial realisierbar,
hohe Ortsauflösung (dpi - dot per inch),
hohe Auftragsgeschwindigkeiten realisierbar,
geringe Partikelverluste, hohe Materialeffizienz,
Verringerung der Staubbelastung,
gezielte Fixierung von Fasern bzw. Rovings insbesondere in Randbereichen zur Vermeidung des Herausfallens während der Handhabung sowie zur Verbesserung der Schnittqualität realisierbar,
erhöhte Drapierbarkeit,
erhöhte Infiltrierbarkeit,
erhöhte mechanische Eigenschaften des FKV-Bauteils.
Fig. 1 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Infrarotheizung 26 zur Fixierung des pulverförmigen Bindermaterials. Das Faserstärkungsmaterial, das als Trägermaterial 1 eingesetzt wird, wird mittels einer angetriebenen Rollenbahn 22 kontinuierlich unter der Bildtrommel 2 in Bewegungsrichtung 13 hinwegbewegt. Die Bildtrommel 2 wird über eine Ladungsträgerrolle 33 aus dem Stand der Technik gleichmäßig mit Ladungsträgern (Elektronen) 24 aufgeladen. Mittels des Laserstrahls 23 wird die homogene Belegung der fotoleitenden Mantelfläche (Halbleitermaterial) der Bildtrommel 2 mit Ladungsträgern 24 bereichsweise neutralisiert, so dass ladungsträgerfreie Bereiche 25 entstehen. Im Zuge der Rotation der Bildtrommel 2 wird die Mantelfläche an dem Vorratsbehälter 21 für pulverförmiges Bindermaterial 3 vorbeigeführt. Durch eine Öffnung des Vorratsbehälters 21 , die bevorzugt über die gesamte Breite der Bildtrommel 2 reicht, wird pulverförmiges Bindermaterial 3 der Mantelfläche der Bildtrommel 2 zugeführt. Dieses pulverförmige Bindermaterial 3 haftet jedoch nur an den Bereichen der Mantelfläche der Bildtrommel 2, die noch elektrostatisch geladen sind. So wird das Bindermuster auf der Mantelfläche der Bildtrommel 2 entwickelt und es entstehen mit Bindermaterial belegte Bereiche 31 sowie binderfreie Bereiche 32. Diese Bereiche bilden sich beim Abrollen der Bildtrommel 2 auf der Oberfläche des Trägermaterials als ebenfalls mit Bindermaterial 3 belegte Bereiche 1 1 sowie binderfreie Bereiche 12 ab. Mittels der Heizvorrichtung 26, die die Infrarotstrahlung 27 abgibt, wird das Bindermaterial in den mit Binder belegten Bereichen 1 1 erhitzt, wodurch es erweicht und an der Oberfläche des Trägermaterials 1 anhaftet (fixiert). Die Blende 28 verhindert die Überhitzung umliegender Bereiche.
Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung analog zu Fig. 1 , jedoch mit beheizter Fixierrolle 29 und einer Elektrode 201 , die das Ablösen der Partikel des pulverförmigen Bindermaterials von der Bildtrommel 2 unterstützt.
Fig. 3 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung analog zu Fig. 1 , jedoch sind hier die Komponenten Bildtrommel 2, Heizeinrichtung 26, Blende 28, Ladungsrolle 33 und Abstreifblech 34 inkl. aller zugeordneter Prozesse sowie Materialien in einen Werkzeugkopf 36 integriert, welcher durch eine koordinatengesteuerte Handhabungseinheit 37, beispielsweise eine Portalmaschine, einen Roboterarm oder einen an einer Portalmaschine geführten Roboterarm, frei im Raum gekippt und positioniert werden kann. So wird insbesondere ein Transfer auf nicht ebene Faserverstärkungsmaterialien 1 möglich. Das Koordinatenkreuz K soll die Bewegungsmöglichkeit der Handhabungseinheit 37 in alle drei Raumrichtungen x, y, z sowie die Dreh-, Kipp- und Neigemöglichkeit der Handhabungseinheit 37 um diese Achsen x, y, z versinnbildlichen. Da die Transportbewegung bei dieser Ausführungsform vorteilhaft durch die Handhabungseinheit 37 realisiert werden kann, können die Transportrollen 22 aus Fig. 1 durch eine einfache Stützform oder Unterlage 35 ersetzt werden.
Fig. 4 zeigt einige bevorzugte Verfahrensvarianten, die sich insbesondere an die Herstellung des Trägermaterials mit einer selektiven Beschichtung mit Bindermaterial anschließen können. Die durchgezogenen Linien zeigen notwendige Vorgehensweisen, die gestrichelten, optionale.
Ausführungsbeispiele
Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern an konkreten Ausführungsformen das erfindungsgemäße Verfahren und die dabei eingesetzte Vorrichtung.
Beispiel 1 (Fig. 1 )
Ein Faserverstärkungsmaterial 1 für ein faserverstärktes Bauteil wird auf einem flachen starren Tragkörper (Trageblech - nicht dargestellt) bereitgestellt. Das Faserverstärkungsmaterial 1 weist eine rechteckige Grundfläche von 210 x 210 mm und eine Materialdicke von ca. 0,7 mm auf. Das Faserverstärkungsmaterial 1 besteht aus Kohlenstofffasern, die in Form eines Gewebes vorliegen.
Das Faserverstärkungsmaterial 1 wird unter einem umgebauten Druckwerk eines Dell 2330dn Laserdruckers hindurchbewegt. Dazu liegt das Tragblech auf einer Rollenbahn 22 auf, die über einen Zahnriemenantrieb angetrieben wird. Das Tragblech wird über elektrisch leitende Bürsten (nicht dargestellt) entgegengesetzt zu den Binderpartikeln aufgeladen. Das Druckwerk wurde von der Einzugsmechanik und der beheizten Fixiertrommel befreit und weist jetzt neben der Druckelektronik noch die Bildtrommel 2 und den Tonerbehälter 21 als wesentlichste Baugruppen auf. Der Tonerbehälter 21 enthält den pulverförmigen Binder 3, der eine Korngröße von 100 - 300 pm aufweist. Als pulverförmiger Binder 3 wird der Binder Huntsman Araldite LT 3366 verwendet.
Das Trägermaterial 1 wird mit einer Geschwindigkeit unter dem Druckwerk hindurchbewegt, die der Umlaufgeschwindigkeit der Bildtrommel 2 entspricht. Die Bildtrommel 2 wird über die Ladungsrolle 33 mit Ladungsträgern belegt, die mittels des Laserstrahls 23 entsprechend einem vorgegebenen Muster selektiv entfernt werden. Auf diese Weise haften Partikel des pulverförmigen Binders 3 an den vorgegebenen Bereichen der Bildtrommel 2 an. Die Bildtrommel 2 berührt die Oberfläche des Trägermaterials 1 und transferiert dabei die an ihr haftenden Partikel des pulverförmigen Binders im vorgegebenen Muster 1 1 , 12 auf der Oberfläche des Trägermaterials 1 ab. Das Muster wurde vorab am Computer entworfen und als Druckauftrag, wie beim Bedrucken von Papier, an die Druckerelektronik übermittelt. Als Muster sind für diesen konkreten Fall drei parallel zu den Längskanten des Trägermaterials 1 verlaufende Binderstreifen von jeweils 3 cm Breite vorgesehen. Zwei der Streifen sind mit 2 cm Abstand zu den jeweils äußeren Kanten und ein Streifen mittig, zwischen den beiden äußeren Streifen angeordnet. Nach dem Ablegen des pulverförmigen Binders 3 wird die Bildtrommel 2 durch das Abstreifblech 34 von Restbinder und verbliebenen Ladungen befreit. Die Bildtrommel 2 kann nun erneut aufgeladen werden und der Druckvorgang kann wiederholt werden.
Das Trägermaterial 1 bewegt sich weiter und wird nach dem Passieren einer Blende 28, die die Wärmestrahlung gegen das Druckwerk abschirmt, unter einer Reihe von Infrarotstrahlern 26 hindurchgeführt. Diese Infrarotstrahler 26 bewirken ein Erweichen des pulverförmigen Binders, wodurch ein sicheres Anhaften der Binderpartikel an dem Trägermaterial 1 aus Kohlenstofffasergewebe erfolgt. Nach dem Passieren der Infrarotstrahler 26 erstarrt das Bindermaterial erneut. Nun steht ein Halbzeug aus Faserverstärkungsmaterial zur Verfügung, das lokale Bereich 1 1 auf der Oberseite aufweist, die mit anhaftendem Bindermaterial versehen sind. Das Halbzeug kann nun bis zur Weiterverarbeitung gelagert werden. Das Halbzeug wird nunmehr zu einer Form transportiert, die eine Krümmung in der Längsrichtung vorgibt. Nach dem Einlegen in diese Form wird eine zweite Schicht von Faserverstärkungsmaterial, jedoch ohne Bindermaterial, auf die erste Schicht aufgelegt. Die Form wird geschlossen und erwärmt. Durch das erneute Erweichen des Bindermaterials werden die beiden Schichten von Faserverstärkungsmaterial mittels der drei Binderstieifen über die gesamte Länge hinweg miteinander verbunden. Nach dem erneuten Erstarren des Bindermaterials steht ein weiterverarbeitetes zweites Halbzeug zur Verfügung, das eine Krümmung aufweist, die aufgrund der Verklebung der Schichten mittels des Bindermaterials erhalten bleibt. Eine Verschiebung der Schichten gegeneinander ist wirksam verhindert.
Auch dieses zweite Halbzeug kann beliebig lang gelagert werden, ehe es der Weiterverarbeitung zugeführt wird.
Zur Weiterverarbeitung wird das zweite Halbzeug mit Krümmung in eine geeignete Form eingelegt. Die Form wird geschlossen und in einem Verfahren nach dem Stand der Technik mit Matrixmaterial geflutet. Auch dabei wird durch das Bindermaterial eine Verschiebung der Schichten von Faserverstärkungsmaterial vermieden. Da der Binder jedoch nur streifenweise zwischen den Schichten von Faserverstärkungsmaterial angeordnet ist, wird eine Ausbreitung des flüssigen Matrixmaterials sehr viel weniger behindert, als es bei vollflächigen Verklebungen nach dem Stand derTechnik der Fall wäre.
Beispiel 2 (Fiq. 3)
Das Faserverstärkungsmaterial 1 für ein faserverstärktes Bauteil wird auf einer Stützform 35 bereitgestellt, welche die Geometrie des herzustellenden FKV-Bauteils mit mehrfach gekrümmten Flächen aufweist. Die Stützform 35 weist die äußeren Abmessungen von 800 x 600 x 370 mm auf und besteht aus einem mikrozellulären Modellbauwerkstoff auf Polyurethan-Basis. Das Faserverstärkungsmaterial 1 wurde zuvor entsprechend einer Drapiersimulation auf die benötigten Konturen, deren äußere Abmessungen ca. 590 x 815 mm sind, zugeschnitten und auf die gekrümmte Stützform 35 drapiert. Das Faserverstärkungsmaterial 1 ist ein Kohlenstofffasergewebe mit Köperbindung (2/2) und weist ein Flächengewicht von 400 g/m2 und eine Materialdicke von ca. 0,7 mm auf. Als pulverförmiger Binder 3 wird der Binder Huntsman Araldite LT 3366 verwendet, der Korngrößen von 100 - 300 pm aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einer miniaturisierten Form in einem Werkzeugkopf 36 integriert, welcher die Komponenten Bildtrommel 2, Beleuchtungseinheit mit Laser 23, Heizeinrichtung 26, Blende 28, Ladungsrolle 33, Abstreifblech 34 und Vorratsbehälter 21 beinhaltet. Die Bildtrommel 2 weist eine Breite von 30 mm auf. Als koordinatengesteuerte Handhabungseinheit 37 wird ein KUKA Roboter des Typs KR 16-2 genutzt, welcher sechs Achsen und eine maximale Reichweite von 161 1 mm aufweist.
Die Bildtrommel 2 wird über die Ladungsrolle 33 mit Ladungsträgern belegt, die mittels des Laserstrahls 23 entsprechend einem vorgegebenen Muster selektiv entfernt werden. Auf diese Weise haften Partikel des pulverförmigen Binders 3 an den vorgegebenen Bereichen der Bildtrommel 2 an. Mittels der koordinatengesteuerten Handhabungseinheit 37 wird durch das Verfahren des Werkzeug köpf es 36 eine Relativbewegung der Bildtrommel 2 gegenüber dem Trägermaterial 1 derart durchgeführt, dass die Relativbewegung der Umlaufgeschwindigkeit der Bildtrommel 2 entspricht, und somit einen Auftrag der Partikel des pulverförmigen Binders 3 auf dem Trägermaterial 1 im vorgegebenen Muster realisiert. Dabei entspricht die programmierte Bahn des Werkzeugkopfes 36 bzw. der Bildtrommel 2 den gekrümmten Linien auf der dreidimensionalen Oberfläche des auf der Stützform 35 drapierten Faserverstärkungsmaterials 1 , auf denen pulverförmiger Binder 3 appliziert werden soll. Diese Linien des Bindermusters wurden zuvor in einer Computersimulation ermittelt und an die Steuerung des Roboterarms übertragen. Als Muster sind für diesen konkreten Fall drei parallel zu den Längskanten des Trägermaterials 1 verlaufende Binderstreifen von jeweils 3 cm Breite (Breite der Bildtrommel 2) vorgesehen. Zwei der Streifen sind mit 2 cm Abstand zu den jeweils äußeren Kanten und ein Streifen mittig, zwischen den beiden äußeren Streifen angeordnet. Zur Realisierung einer definierten Partikeldichte im mittleren Streifen ist eine Rasterung von 50 % der maximal möglichen Binderbeladung vorgesehen. Zur Unterstützung der Ablage der Partikel des pulverförmigen Binders 3 wird das Kohlefaser-Trägermaterial 1 über die Stützform 35 geerdet. Die Neigung und Drehung (Rotationen um alle drei Koordinatenachsen x, y, z) des Werkzeugkopfes 36 werden so eingestellt, dass die Ausrichtung des Werkzeugkopfes 36 der Oberflächennormalen entspricht und die Heizeinrichtung 26 sich in Bewegungsrichtung hinter der Bildtrommel 2 befindet.
Nach dem Ablegen des Bindermaterials wird die Bildtrommel 1 durch das Abstreifblech 34 von Restbinder und verbliebenen Ladungen befreit. Die Bildtrommel 2 kann nun erneut aufgeladen werden und der Druckvorgang wiederholt werden.
Im Zuge der Bewegung des Roboterarms über dem Trägermaterial 1 , wird eine Blende 28, die die Wärmestrahlung gegen das Druckwerk abschirmt, über das Trägermaterial 1 hinweggeführt. Auf die Blende 28 folgt eine Reihe von Infrarotstrahlern 26. Diese Infrarotstrahler 26 bewirken ein Erweichen der Partikel des pulverförmigen Binders, wodurch ein sicheres Anhaften der Binderpartikel an dem Kohlenstofffaser-Trägermaterial 1 erfolgt. Nachdem die Infrarotstrahler 26 das Bindermaterial nicht mehr erwärmen, kühlt das Bindermaterial ab und erstarrt. Nun steht ein Halbzeug aus Faserverstärkungsmaterial 1 zur Verfügung, das lokale Bereiche 1 1 auf der Oberseite aufweist, die mit anhaftendem Bindermaterial versehen sind. Das Halbzeug kann nun bis zur Weiterverarbeitung gelagert werden.
Nach dem Fertigstellen der ersten Schicht wird eine zweite Schicht von Faserverstärkungsmaterial 1 in die Form 35 eingelegt und analog zu den vorher beschriebenen Schritten selektiv beschichtet. Anschließend wird eine dritte Schicht ohne Bindermaterial auf die ersten beiden Schichten aufgelegt, die Form geschlossen und erwärmt. Durch das erneute Erweichen des Bindermaterials werden die Schichten von Faserverstärkungsmaterial 1 mittels der applizierten Binderlinien über die gesamte Linienlänge hinweg miteinander verbunden. Nach dem erneuten Erstarren des Bindermaterials steht ein weiterverarbeitetes zweites Halbzeug (Preform) zur Verfügung, das mehrfache Krümmungen aufweist, die aufgrund der Fixierung der Schichten mittels des Bindermaterials erhalten bleiben. Eine Verschiebung der Schichten gegeneinander ist wirksam verhindert.
Auch dieses zweite Halbzeug kann beliebig lang gelagert werden, ehe es der Weiterverarbeitung zugeführt wird.
Zur Weiterverarbeitung wird das zweite Halbzeug mit Krümmung in eine geeignete Form eingelegt. Die Form wird geschlossen und in einem Verfahren nach dem Stand der Technik mit Matrixmaterial geflutet. Auch dabei wird durch das Bindermalerial eine Verschiebung der Schichten von Faserverstärkungsmaterial vermieden. Da der Binder jedoch nur streifenweise zwischen den Schichten von Faserverstärkungsmaterial angeordnet ist, wird eine Ausbreitung des flüssigen Matrixmaterials sehr viel weniger behindert, als es bei vollflächigen Verklebungen nach dem Stand der Technik der Fall wäre.
Bezugszeichenliste
1 Faserverstärkungsmaterial (Trägermaterial)
1 1 mit pulverförmigem Binder belegte Bereiche des Trägermaterials
12 nicht mit pulverförmigem Binder belegte Bereiche des Trägermaterials
13 Bewegungsrichtung des Trägermaterials
2 Bildtrommel
201 Elektrode
21 Vorratsbehälter für pulverförmigen Binder
22 Transportrollen
23 Strahlung (zur selektiven Entladung der Bildtrommel)
24 Ladungen auf der Mantelfläche der Bildtrommel
25 Ladungsfreie Bereiche auf der Mantelfläche der Bildtrommel
26 Heizeinrichtung
27 Wärmestrahlung
28 Blende
29 Fixierrolle
3 pulverförmiger Binder
31 mit pulverförmigem Binder belegte Bereiche der Mantelfläche
32 nicht mit pulverförmigem Binder belegte Bereiche der Mantelfläche
33 Ladungsrolle
34 Abstreifblech
35 Stützform, Unterlage
36 Werkzeugkopf
37 Koordinatengesteuerte Handhabungseinheit
K Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbzeugs für faserverstärkte Verbundmaterialien aufweisend mindestens die Schritte:
a) Bereitstellen eines Trägermaterials aus einem flächigen Halbzeug aus Faserverstärkungsmaterial,
b) Bereitstellen einer Vorrichtung zur selektiven Beschichtung mittels einer elektrostatisch geladenen Bildtrommel nach Art der Elektrofotografie,
c) Bereitstellen eines Beschichtungsmusters und Übermittlung an die Vorrichtung zur selektiven Beschichtung,
d) Selektives Aufträgen des pulverförmigen Bindermaterials auf die Bildtrommel entsprechend dem Beschichtungsmuster,
e) Durchführen einer Relativbewegung von Trägermaterial und Bildtrommel der Vorrichtung zur selektiven Beschichtung gegeneinander derart, dass die Relativbewegung des Trägermaterials der Umlaufgeschwindigkeit der Bildtrommel entspricht, wobei
o die Bildtrommel entweder dem Trägermaterial angenähert und das pulverförmige Bindermaterial elektrostatisch von der Bildtrommel auf das Trägermaterial übertragen wird, oder
o die Bildtrommel in Kontakt mit dem Trägermaterial kommt und das pulverförmige Bindermaterial auf dem Trägermaterial abgelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt e) ein Abstreifen von Bindermaterialrückständen von der Bildtrommel mittels eines Abstreifblechs und eine vollständige Entladung der Bildtrommel erfolgen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt e) ein Fixieren des Bindermaterials auf dem Trägermaterial durch Erhitzen bis zur Erweichung und anschließendes Abkühlen bis zur Verfestigung des Bindermaterials erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein textiles Material in der Form eines Geflechts, Gewirks Geleges, Gewebes, Filzes oder Vlieses ist, dessen Fasern aus Glasfasern, Kohlenstofffasern, Metallfasern, Basalt- und anderen Gesteinsfasern, Naturfasern, wie bspw. Sisal oder Kunststoffasern, bestehen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildtrommel in Schritt d) aus einem Pulvervorrat mit pulverförmigem Bindermaterial oder durch eine zusätzliche Pulvertransferrolle selektiv mit Bindermaterial beladen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Bindermaterial aus thermoplastischen oder duroplastischen, durch Hitze erweichende und nach Abkühlung verfestigende Materialien besteht.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufträgen des pulverförmigen Bindermaterials auf dem Trägermaterial vollflächig oder bereichsweise oder punktuell in beliebigen Mustern oder auch unregelmäßig geformt mit vorgegebener Bindermenge erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung von Bildtrommel und Trägermaterial zueinander durch eine kontinuierliche Transportbewegung des Trägermaterials unter der Bildtrommel realisiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial bei der Transportbewegung auf Transportrollen oder einem Transportband oder auf einem starren Träger aufliegt, der seinerseits auf Transportrollen oder einem Transportband aufliegt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung von Bildtrommel und Trägermaterial zueinander durch einen Roboterarm oder durch ein Portal erfolgt, der/das mindestens eine Verfahrbarkeit der Bildtrommel in y-Richtung ermöglicht.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial zeitgleich mit der Bewegung des Roboterarmes bzw. der Bildtrommel an dem Portal bewegt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, in Bewegungsrichtung des Trägermaterials hintereinander angeordnete Bildtrommeln gleichartige oder unterschiedliche pulverförmige Bindermaterialien in vorherbestimmte Bereiche auf das Trägermaterial aufbringen.
13. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen mittels einer beheizten Fixierrolle, Heißluft oder Infrarotstrahlern erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 3 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixieren erfolgt, nachdem eine Schicht Faserverstärkungsmaterials auf das Trägermaterial aufgelegt wurde, so dass durch das Fixieren eine Verbindung von Trägermaterial und der Schicht Faserverstärkungsmaterials erfolgt und die beiden Schichten ein Halbzeug bilden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt d) das Trägermaterial
a) in eine Form eingelegt wird,
b) mindestens eine zweite Schicht von Faserverstärkungsmaterial, mit oder ohne aufgetragenem Bindermaterial, über die erste Schicht angeordnet wird, c) die Form geschlossen und erwärmt wird, so dass das Bindermaterial erneut erweicht und mindestens zwei Schichten aus Trägermaterial und Faserverstärkungsmaterial mittels des bei Abkühlung verfestigenden Bindermaterials miteinander verbunden sind und ein Halbzeug bilden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Form mindestens eine Krümmung in einer Richtung aufweist.
17. Vorrichtung zur selektiven Beschichtung mit einer Bildtrommel, die auf ihrer Mantelfläche elektrostatisch aufgeladen ist, wobei die Ladung durch gezielte Beleuchtung, selektiv entfernbar ist, die Steuerung der Beleuchtung durch eine elektronische Steuerung erfolgt und die Mantelfläche durch Vorbeiführen an einem Pulvervorrat mit pulverförmigem Bindermaterial selektiv mit Bindermaterial beladbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung eine Bestrahlung mit Laserstrahlung oder LED-Licht genutzt wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin Transportrollen oder ein Transportband aufweist, wobei die Transportrollen bzw. das Transportband in seinem Abstand zur Bildtrommel einstellbar ist und Transportrollen bzw. das Transportband geeignet sind, das Trägermaterial oder den starren Träger des Trägermaterials mit einer Geschwindigkeit an der Bildtrommel vorbei zu bewegen, die der Umlaufgeschwindigkeit der Bildtrommel entspricht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass auf der, der Bildtrommel abgewandten Seite des bewegten Trägermaterials eine Elektrode angeordnet ist, die so aufgeladen werden kann, dass das pulverförmige Bindermaterial von der Bildtrommel abgelöst wird.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in Bewegungsrichtung des Trägermaterials hinter der Bildtrommel eine Heizeinrichtung angeordnet ist, die geeignet ist, pulverförmiges Bindermaterial auf dem Trägermaterial aufzuschmelzen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Bildtrommel und Heizeinrichtung eine Blende angeordnet ist, die den Übertritt von Wärme auf umliegende Bereiche verhindert oder reduziert.
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