03. November 2026 | Blog

Bei der Herstellung moderner Verbundwerkstoffe gibt es selten einen einzigen Prozess, der für jede Anwendung geeignet ist. Hersteller müssen häufig einen Kompromiss zwischen geometrischer Komplexität, Produktivität und Skalierbarkeit finden. BIMAX erweitert den Gestaltungsspielraum für komplexe Strukturen in der Luft- und Raumfahrt, indem es hohe Formbarkeit mit hoher mechanischer Leistungsfähigkeit verbindet.

Eine hohe Materialleistung ist für anspruchsvolle Verbundwerkstoffanwendungen nach wie vor unerlässlich, doch die industrielle Fertigung erfordert zudem Flexibilität, Skalierbarkeit, Wiederholbarkeit und eine effiziente Nutzung der Infrastruktur. Wie können Hersteller also immer komplexere thermoplastische Strukturen produzieren, ohne auf einen einzigen Fertigungsweg beschränkt zu sein? Unser Anwendungsingenieur für Thermoplaste im Luft- und Raumfahrtmarkt, Pascal Kube, ging auf der Internationalen Konferenz und Ausstellung für thermoplastische Verbundwerkstoffe (ITHEC) auf diese Frage ein. Er untersuchte, wie dünnlagige, geflochtene Kohlefasergewebe etablierte AFP-Verfahren ergänzen und die verfügbaren Fertigungsmöglichkeiten erweitern können.

Wo AFP glänzt und wo geflochtene Strukturen den Gestaltungsspielraum erweitern

Bei großen und relativ einfachen thermoplastischen Strukturen bietet AFP maximale Produktivität. Das Verfahren eignet sich besonders, wenn hohe Produktionsraten erforderlich sind, die Geometrien vergleichsweise einfach sind und eine automatisierte, wiederholbare Bandplatzierung von Vorteil ist. Mit zunehmender geometrischer Komplexität kann AFP jedoch eine stärkere Bandführung, engere Radien, zusätzliche Lagensegmentierung und immer komplexere Maschinenbewegungen erfordern. Komplexe Formen können zudem Lücken, Überlappungen, das Knicken der Faserbündel, Faserwelligkeit oder einen eingeschränkten Zugang für den Endeffektor verursachen.

Hier kommen geflochtene Gewebe ins Spiel. Sie sollen AFP nicht ersetzen, sondern ergänzen – in Anwendungen, in denen komplexe Geometrien oder infrastrukturelle Anforderungen alternative Fertigungsansätze attraktiv machen.

BIMAX: Geometrie durch Drapierbarkeit statt durch Platzierung bewältigen

In Zusammenarbeit mit A&P Technology haben wir das geflochtene Bandgewebe BIMAX entwickelt, um der wachsenden Nachfrage nach skalierbarer Hochgeschwindigkeitsproduktion von Verbundwerkstoffen in sich weiterentwickelnden Märkten wie der Luft- und Raumfahrt gerecht zu werden. Basierend auf dem dünnlagigen TENAX™ TPUD PAEK IMS65 ist das Grundprinzip einfach: BIMAX bewältigt Geometrien durch Drapierbarkeit statt durch Platzierung. Dadurch passt sich das Material auf natürliche Weise an komplexe Konturen, enge Radien und dreidimensionale Geometrien an.

Zu den wichtigsten Materialeigenschaften gehören:

• - ± 45° geflochtenes Gewebe​
• - 2x2-Köperbindung​
• - 184 g/m² FAW​
• - 34 Gew.-% LMPAEK™​

• - Breite bis zu 1,65 m

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Seine Drapierbarkeit ermöglicht eine hohe Scherverformung ohne Faltenbildung und eröffnet Möglichkeiten für Bauteile, die mit AFP-Köpfen nicht wirtschaftlich gefertigt werden können. BIMAX eignet sich besonders für die Produktion in mittleren Stückzahlen und ermöglicht es Herstellern zudem, bei geringeren Produktionsmengen mit manuellem Laminieren zu beginnen und den Automatisierungsgrad schrittweise zu erhöhen.

In einem früheren Artikel haben wir die „Goldilocks“-Zone für thermoplastische Geflechte und die Konsolidierung ausschließlich mit Vakuumbeuteln untersucht. Der zentrale Gedanke, der beide Themen verbindet, ist, dass es kein einziges optimales Fertigungsverfahren für jedes Bauteil gibt. Geometrie, Produktionsrate, Infrastruktur, Qualifikationsanforderungen und mechanische Leistungsmerkmale beeinflussen allesamt, ob AFP, Geflecht oder eine Kombination aus beidem der am besten geeignete Ansatz ist.

Von der VBO-Verdichtung zur mechanischen Leistungsfähigkeit

Damit sich eine größere Fertigungsflexibilität als wertvoll erweist, müssen die resultierenden Strukturen anspruchsvolle Qualitäts- und Leistungsanforderungen erfüllen. Um dies zu bewerten, wurde BIMAX mittels eines „Vacuum Bag Only“-Verfahrens verfestigt und sowohl in komplexen Geometrien als auch in mechanischen Vergleichsstudien getestet.

Für den VBO-Demonstrator wurden vier Lagen BIMAX in einer dreiblättrigen Konfiguration angeordnet und auf einer gekrümmten Aluminium-Matrize mit integrierten Widerstandsheizelementen verfestigt. Die Stoßverbindungen wurden zwischen den einzelnen Lagen versetzt angeordnet, während eine 100 µm dicke PAEK-Folie als Oberflächenschicht verwendet wurde, um Zwischenräume und Stoßverbindungen auszufüllen. Das resultierende Bauteil wies eine glatte Oberfläche ohne Nadellöcher oder trockene Fasern auf, was zeigt, dass die geflochtene Architektur auch bei geometrisch anspruchsvollen Formen erfolgreich verfestigt werden kann.

Nach dieser Erkenntnis stellte sich die Frage, ob diese zusätzliche Fertigungsflexibilität die mechanische Leistungsfähigkeit beeinflusst. Im Vergleich zu Standardkonfigurationen mit UD-Bändern unterstützt die ineinanderverflochtene Flechtarchitektur die Lastumverteilung und trägt dazu bei, die Rissausbreitung einzudämmen. Das führt zu einer höheren Energieaufnahme, einer verbesserten Schadentoleranz und einer erhöhten Druckstabilität. Die auf der ITHEC vorgestellten Ergebnisse zeigten bei BIMAX eine um etwa 40 % kleinere Schlagschadensfläche im Vergleich zu Laminaten auf Basis von UD-Bändern, was das Material besonders attraktiv für schlagkritische Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt wie UAMs, UAVs und Flugzeuge der nächsten Generation macht.

Ein zweiter mechanischer Vergleich mit NCAMP-zertifizierten PAEK-Band-Systemen ergab eine vergleichbare Druckfestigkeit und eine verbesserte Schadenstoleranz. Die Druckfestigkeit nach Schlag (CAI) von BIMAX übertraf die Referenzmaterialien um durchschnittlich 21 %. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Materialleistung aufrechterhalten werden kann, während gleichzeitig die Flexibilität bei Konstruktion und Fertigung erhöht wird.

Von der Fertigungsflexibilität zur robusten industriellen Verbindung

Nachdem nun feststeht, dass wir mit BIMAX komplexe Strukturen herstellen können, stellt sich die Frage, ob wir diese auch zuverlässig und effizient verbinden können. Damit rückt die Schweißbarkeit in den Fokus.

Beim Induktionsschweißen spielt die Faserarchitektur eine wichtige Rolle, da sie die leitenden Pfade innerhalb des Laminats und damit die Art und Weise beeinflusst, wie Wärme erzeugt und verteilt wird. UD-Laminate weisen weniger Faserkreuzungspunkte auf und können daher empfindlicher auf das Laminatdesign und die Faserausrichtung reagieren. Geflochtene Strukturen bieten dagegen miteinander verbundene Leitungswege, die eine gleichmäßigere Erwärmung ermöglichen. Um dies zu bewerten, wurden BIMAX-Laminate mittels Induktionsschweißen mit TPUD-PAEK-IMS65-Referenzlaminaten verglichen. Die Ergebnisse zeigten eine starke und gleichmäßige Erwärmung, stabile Schweißparameter und eine gute Verbindungsqualität. BIMAX erzielte zudem eine um bis zu 30 % höhere Einlagenscherfestigkeit als das UD-Referenzmaterial. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine größere Flexibilität bei Konstruktion und Fertigung erreicht werden kann, ohne die mechanische Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.

Ein praktischer Weg zur Fertigung in mittleren Stückzahlen

Unter Berücksichtigung aller Aspekte zeigen die Ergebnisse, wie geflochtene thermoplastische Verbundwerkstoffe die Fertigungsmöglichkeiten für komplexe Strukturen erweitern können. BIMAX vereint hohe Formbarkeit, VBO-Konsolidierung, robuste mechanische Eigenschaften und gute Schweißbarkeit mit vergleichsweise geringen Anforderungen an die Infrastruktur. Das macht das Material besonders attraktiv für die Produktion in mittlerem Stückzahlbereich, wo komplexe Geometrien, hohe Schadetoleranz und AFP-unabhängige Fertigungslösungen erforderlich sind.

Anstatt etablierte Verfahren zu ersetzen, können geflochtene Strukturen diese ergänzen und einen praktischen Weg zu einem breiteren Einsatz von thermoplastischen Verbundwerkstoffen in der Luft- und Raumfahrt, im Transportwesen und in industriellen Anwendungen ebnen.

Präsentationsfolie auf der ITHEC 2026 aus dem Vortrag von Pascal Kube zum Thema „Erweiterung des industriellen Gestaltungsraums bei thermoplastischen Verbundwerkstoffen“ für Teijin Carbon.