Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 03INT510AB geförderte und vom Jülicher Projektträger unterstützte Projekt 3D-Faim hatte eine Laufzeit vom 1. September 2018 bis zum 30. April 2022. Ziel war es, die 3D-Faserapplikationstechnologie mit dem konventionellen Spritzguss zu verschmelzen, um leichte, tragfähige Verbundstrukturen herzustellen, die in einem produktionsreifen, ressourceneffizienten Prozess gefertigt werden können. Die Kerninnovation liegt in der erstmaligen dreidimensionalen Herstellung von lokalen Verstärkungsmustern durch Aufbringen von faserverstärkten thermoplastischen Bändern und Drucken von kurzfaserverstärkten Thermoplasten mit einem multifunktionalen Lege-/Druckkopf. Das Demonstrationsbauteil – ein Seitenaufprallträger, der ein Stahlteil ersetzt – wurde verwendet, um zu validieren, dass das neue Verfahren die erforderlichen Belastungspfade einhalten kann und dabei wirtschaftlich und zuverlässig bleibt.
Die technische Arbeit wurde in neun Arbeitspakete aufgeteilt. Arbeitspaket 1 legte die technischen Anforderungen fest und definierte die Tragfähigkeitskriterien für den Demonstrator, wobei der Schwerpunkt auf der Integration von Verstärkungsschnittstellen in die Bauteilgeometrie lag. Arbeitspaket 2 spezifizierte unidirektionale, endlosfaserverstärkte thermoplastische Bänder und beschrieb die Lieferkette für diese Zwischenprodukte, mit Verifizierung durch Testszenarien. In Arbeitspaket 4 wurde der vollständige Technologiedemonstrator entworfen und gebaut, um die Belastungsanforderungen des Stahlseitenaufprallträgers zu erfüllen und in einem serientauglichen Prozess herstellbar zu sein. Arbeitspaket 5 entwickelte ein modulares Werkzeugsystem für den Spritzguss: Das System wurde konzipiert, simuliert und realisiert, wobei die Prozessparameter auf den gewählten Demonstrator zugeschnitten wurden. Arbeitspaket 6 integrierte alle Fertigungstechnologien – Bandverlegung, 3D-Druck und Spritzguss – in eine einzige Produktionslinie, wobei die einzelnen Maschinen über eine Steuerungssoftware miteinander verbunden und ein Handhabungssystem implementiert wurden. Arbeitspaket 7 bewertete das Verhalten des fertigen Demonstrators unter realistischen Betriebsbedingungen und bestätigte, dass die Lastpfade und die mechanische Leistung den Konstruktionszielen entsprachen. Arbeitspaket 8 entwickelte eine werksübergreifende Strategie für die Materialrückführung, um sicherzustellen, dass faserverstärkte Abfälle wieder in den Prozess zurückgeführt werden können. Schließlich dokumentierte das Arbeitspaket 9 alle messbaren Zielwerte, erstellte Design- und Dimensionierungsrichtlinien für 3D-faserstrukturierte Komponenten und fasste Methoden für das zukünftige Komponentendesign zusammen.
KraussMaffei Technologies, mit umfassender Erfahrung aus Projekten wie Enthylt, SpriForm, MAI hiras + handle und ReProOrgano, leitete die technischen Arbeiten und bearbeitete die Arbeitspakete 1, 2, 4, 5, 6, 8 und 9. Die Technische Universität Chemnitz fungierte mit ihrem Exzellenzcluster MERGE als Hauptantragsteller und Projektkoordinator und sorgte für eine enge Kommunikation zwischen allen Partnern. Weitere Kooperationspartner waren die KomRec-ReCond GmbH, MKV Kunststoffgranulate und das Fraunhofer IVV, die ihr Fachwissen in den Bereichen Materialhandhabung, Polymergranulation und Prozesssimulation einbrachten. Die kooperative Struktur des Projekts ermöglichte die Integration fortschrittlicher Faserapplikationstechniken mit etablierten Spritzgussverfahren. Das Ergebnis ist ein Demonstrator, der die mechanischen Anforderungen von Sicherheitskomponenten in der Automobilindustrie erfüllt und gleichzeitig einen Weg zu einer skalierbaren, leichten Produktion eröffnet.