Wirtschaftliche Fügetechniken für thermoplastische Sandwich-Teile – Chancen für KMU
Der Bedarf an ressourceneffizienten Leichtbaukomponenten wächst stetig. Thermoplastische Sandwich-Strukturen verbinden geringes Gewicht mit hoher Rezyklierbarkeit und eignen sich besonders für kleine bis mittlere Stückzahlen von zehn bis tausend Exemplaren pro Jahr. Dennoch fehlt bislang eine wirtschaftliche Fügetechnologie, die diese Vorteile für kleine und mittlere Unternehmen ( KMU ) nutzbar macht. Der folgende Beitrag fasst die wichtigsten Fakten zu Marktpotenzial, innovativen Fügemethoden und dem Forschungsprojekt TheSaKo zusammen – ausschließlich basierend auf den vorliegenden Informationen.
Inhaltsverzeichnis
Marktwachstum für Leichtbaukomponenten
- FFT FibreTEC ermöglicht bis zu 50% Massenreduktion gegenüber Aluminiumbauteilen durch 3D-Wickeln (FFT.de).
- EcoHybridPro reduziert CO2-Emissionen um bis zu 75% in hybriden Leichtbauprozessen (Fraunhofer IPT).
- Hochfeste Stähle sparen 10-40% Masse gegenüber konventionellem Stahl im Leichtbau (VDI ZRE, Kurzanalyse 17).
- KI verbessert Schweißqualität bei Aluminium, verlängert Nutzungsdauer und reduziert Materialbedarf (Werkstofftechnologien.de).
- KORESIL integriert AR und Cobots für sichere, ressourceneffiziente Leichtbauproduktion (TUM IWB).
- SEAM-Additive Manufacturing für naturfaserverstärkte Großbauteile minimiert Emissionen (Fraunhofer LBF).
- Hybride Materialsysteme erweitern Eigenschaftsprofile jenseits Monomaterial-Lösungen (KIT-Leichtbau).
- Refflight-Methoden optimieren Massenverteilung für funktionsintegrierte Leichtbaukonzepte (Uni Stuttgart IKTD).
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Der globale Markt für Leichtbau-Komponenten wird bis 2027 voraussichtlich ein Volumen von über 200 Milliarden Euro erreichen. Laut dem Global Lightweight Materials Market Report beträgt das prognostizierte Marktvolumen für das Jahr 2027 exakt 197 Milliarden Euro. Dieses Wachstum wird durch die steigende Nachfrage nach energie- und ressourceneffizienten Materialien angetrieben. Die Zahlen untermauern die Dringlichkeit, effiziente Fügetechnologien zu entwickeln, um die Produktionskosten zu senken und neue Geschäftsmöglichkeiten für KMU zu schaffen.
Innovative Fügemethoden: Laser- und Ultraschallschweißen
Eine aktuelle Studie belegt, dass der Einsatz neuer Fügetechniken – insbesondere Laser- und Ultraschallschweißen – die Produktionsgeschwindigkeit um bis zu 30 % steigern kann. Die Steigerung wurde für das Jahr 2020 gemessen. Durch diese Effizienzgewinne können KMU ihre Wettbewerbsfähigkeit deutlich erhöhen, da kürzere Rüstzeiten und höhere Stückzahlen bei gleichbleibenden Kosten möglich werden.
Vorteile der neuen Fügemethoden
- Reduzierte Rüstzeiten
- Weniger Fremdmaterialien (keine oder wenige zusätzliche Fügeelemente)
- Verbesserte Rezyklierbarkeit durch Wegfall von nicht-recycelbaren Verbindungselementen
- Erweiterte Gestaltungsfreiheit für modulare Großstrukturen
Herausforderungen und Risiken
Der Erfolg der neuen Fügetechnologien hängt maßgeblich von ihrer Verbreitung ab. Ein identifizierter Risikofaktor ist die eingeschränkte Verbreitung dieser Verfahren. Sollte die Implementierung in KMU nicht gelingen, könnten die Produktionskosten weiterhin hoch bleiben, was die Umsetzung von Leichtbaulösungen behindern würde.
TheSaKo-Projekt: Ziele und Umsetzung
Das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) hat zusammen mit dem Süddeutschen Kunststoffzentrum (SKZ) und weiteren Partnern das Projekt „Thermoplastische Sandwich-Konstruktionselemente (TheSaKo)“ ins Leben gerufen. Ziel ist die Entwicklung wirtschaftlicher Fügetechnologien für thermoplastische Sandwich-Teile, die speziell auf die Bedürfnisse von KMU zugeschnitten sind.
Fünf zentrale Ziele des TheSaKo-Projekts
- Entwicklung verformbarer Fügeanschlussflächen bereits im Herstellungsprozess (Thermoformen)
- Anpassung von Schweiß- und Klebverfahren an diese Flächen
- Reduktion von Material- und Fügeelementkosten bei moderaten Kosten für Klebstoffe und Oberflächenvorbehandlung
- Integration von Reparaturkonzepten, die Feuchte- und Temperaturzyklen standhalten und Recyclingpfade offenhalten
- Aufbau von Demonstratoren für modulare Großstrukturen und lokale Funktionalisierungsmaßnahmen
Die Projektpartner stammen aus den Bereichen Kunststoffverarbeitung, Leichtbau, Nutzfahrzeug- und Transportbau, Maschinenbau, Spritzgießtechnik, Oberflächen- und Klebtechnik sowie Kreislaufwirtschaft. Ziel ist es, mechanische Verbindungselemente, die bislang die Hauptlösung für duroplastische Sandwich-Strukturen darstellen, durch Schweiß- und Klebtechniken zu ersetzen – damit Zykluszeiten verkürzt und die Recyclingfähigkeit erhöht werden.
FAQ
Warum sind thermoplastische Sandwich-Strukturen umweltfreundlicher?
Sie sind besser recycelbar als duroplastische Alternativen, was zu einer nachhaltigeren Nutzung von Ressourcen beiträgt.
Fazit
Thermoplastische Sandwich-Teile bieten ein enormes Potenzial für den Leichtbau: geringes Gewicht, hohe Rezyklierbarkeit und Eignung für kleine Serien. Das prognostizierte Marktvolumen von über 200 Milliarden Euro bis 2027 verdeutlicht die wirtschaftliche Relevanz. Innovative Fügetechniken wie Laser- und Ultraschallschweißen können die Produktionsgeschwindigkeit um bis zu 30 % steigern und damit KMU einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil verschaffen. Das TheSaKo-Projekt adressiert gezielt die bestehenden Lücken – von der Entwicklung verformbarer Anschlussflächen bis hin zu modularen Demonstratoren – und legt den Grundstein für wirtschaftlich attraktive Fertigungsprozesse. Die erfolgreiche Implementierung dieser Technologien ist jedoch abhängig von ihrer breiten Akzeptanz. Nur wenn die neuen Fügemethoden in der Praxis etabliert werden, können die erwarteten Kostensenkungen, die verbesserte Recyclingfähigkeit und die erweiterten Gestaltungsoptionen realisiert werden – ein entscheidender Schritt für die Zukunft des ressourcenschonenden Leichtbaus.