Es besteht Bedarf für den Einsatz effizienter, additiver Verfahren wie dem laserunterstützten Thermoplast-Tapelegen zur Herstellung lasttragender, nachhaltiger Leichtbaukomponenten. Restriktionen wie starker Bauteilverzug und mangelnde erreichbare Bauteilkomplexität verhindern jedoch zurzeit einen breitenwirksamen Einsatz der Technologie. Im Rahmen dieser Arbeit werden Modelle und Verfahrenserweiterungen erarbeitet und untersucht, mit denen diese Herausforderungen bewältigt werden können.

Aufbauend auf der analytischen Betrachtung zugrundeliegender Wirkmechanismen wurde der Ansatz einer thermischen und mechanischen Materialkonditionierung gewählt, um die Bauteilverformungen zu kompensieren und die Drapierbarkeit der verwendeten bandförmigen Halbzeuge zu erhöhen. Abgeleitet aus den Erkenntnissen der Modelle wurden zur Materialkonditionierung geeignete Verfahrenserweiterungen entwickelt und untersucht.

Zur Steigerung der Formhaltigkeit wurden parallel zur laserunterstützten Materialablage ein mitlaufendes Kühlsystem, eine beheizte Werkzeugform und eine Laminatfixierung gezielt genutzt und kombiniert. Hierdurch konnte die Querverformung von unidirektional endlosfaserverstärkten Laminaten sowohl mit einer teilkristallinen (PA12) als auch mit einer amorphen (PES) Matrix vollständig kompensiert werden. Gleichzeitig wurden eine in-situ Konsolidierung mit einer hohen interlaminaren Scherfestigkeit und eine reproduzierbare Kristallinität sichergestellt.

Um laterale Bahnkurven zu ermöglichen, wurde das geförderte Tape thermisch entfestigt und kontinuierlich um eine definierte Drehachse verdrillt. Hierdurch wurde ein Geschwindigkeits- und Scherprofil über der Tapebreite induziert. Durch lokale Faserbewegungen konnten Bahnkurven generiert werden, die durch Abkühlung der Tapematrix arretiert wurden. Als Ergebnis konnten deutlich kleinere Bahnkurven erzeugt werden als bisher – und dies mit breiteren Halbzeugen und reduzierter Faserwellung.

Die vorgestellten Modelle und Verfahrenserweiterungen eröffnen weitreichende Entwicklungspotenziale für die Anpassung bestehender sowie in der Entwicklung neuartiger Tapelegesysteme mit einem zum Stand der Technik signifikant gesteigerten Leistungsvermögen. Die Ergebnisse dieser Arbeit eröffnen neue Perspektiven für den Einsatz von Thermoplast-Tapelegeverfahren zur Herstellung von formhaltigen und komplexen, lasttragenden und nachhaltigen Leichtbaustrukturen mit in-situ Konsolidierung und reproduzierbaren chemischen Eigenschaften.