"Super Highly Integrated Reinforced Composites "

Due to the expected increase in civil aviation worldwide, the Advisory Council for Aeronautic Research in Europe (ACARE) is aiming for a 90% reduction in CO2 and NOx emissions by 2050. Aircraft should therefore be developed and operated in an even more resource-efficient manner in the future, with structural weight being one of the decisive factors that can enable pollutant reductions. In order to reduce weight, however, the use of innovative technologies throughout the aviation industry will be urgently required. These include, above all, additive manufacturing processes such as 3D printing and overmolding, which offer new, more efficient and effective design options for structural components and can thus contribute to meeting the set target. However, due to the large gaps in terms of usable materials, mature development and production processes and standardized certification aspects, these high-end processes for the production of highly stressed and interior components have not yet been of economic benefit to companies in the aviation industry. The focus of the consortium is therefore on developing new state-of-the-art strategies and procedures to increase the productivity of these processes so that the applications of new, lightweight composite materials in combination with additive manufacturing processes, especially in the area of ​​wing movables and primary structure components for future, efficient aircraft, can be used in series production. However, the plan to use additively manufactured composite components in the course of the research project does not refer to metallic materials as usual, but to the use of fiber-reinforced (continuous and short fiber reinforcement) thermoplastics. This method of the FLM process is already becoming more and more established as a recognized manufacturing process across all industries, but there are significant development requirements in terms of system maturity, process stability, materials, design tools and design rules that stand in the way of its introduction into productive production. The core objective of the SHReC research project is therefore to integrate additive thermoplastic manufacturing methods (FLM and FCM) into the aviation industry for the production of structurally critical fiber-reinforced components and their combination with secondary thermoplastic production processes. Based on four use cases relating to the structural components "RTC spoiler", "RTC blocker door", "airspace entrance area" and "passenger drone cabin component", the processes mentioned are evaluated, optimized and their future benefits analyzed. In addition, the load-oriented laying of thermoplastic, continuous fiber-reinforced tapes and the functional integration of add-on parts by means of subsequent overprinting or overmolding are also taken into account. This integration of the secondary manufacturing processes, in combination with additive processes, complements the overall objective of the project.

[Original text]
"Super Highly Integrated Reinforced Composites"
Aufgrund des weltweit erwarteten Anstiegs des zivilen Luftverkehrs strebt das Advisory Council for Aeronautioc Research in Europe (ACARE) eine 90%-ige Reduzierung der CO2- und NOx-Emissionen bis zum Jahr 2050 an. Luftfahrzeuge sollen demnach in Zukunft noch ressourceneffizienter entwickelt und betrieben werden, wobei das Strukturgewicht dabei einer der entscheidenden Faktoren ist, welcher Schadstoffverringerungen ermöglichen kann. Zur Gewichtsreduktion wird allerdings der Einsatz innovativer Technologien in der gesamten Luftfahrtindustrie dringend notwendig sein. Zu diesen gehören vorallem additive Fertigungsverfahren, wie 3D-Printing und Overmolding, welche neue effizientere und effektivere Gestaltungsmöglichkeit von Strukturbauteile bieten und somit der Einhaltung des gesetzten Ziels beisteuern können. Bedingt durch die großen Lücken hinsichtlich verwendbarer Materialien, reifer Entwicklungs- und Produktionsprozesse sowie standardisierter Zertifizierungsaspekte sind diese High-End Verfahren für die Herstellung hochbeanspruchter sowie Interior Bauteile bisher jedoch für die Unternehmen der Luftfahrtsindustrie nicht von wirtschftlichem Nutzen. Daher liegt der Fokus des Konsortiums in der Entwicklung neuer State-of-the-Art Stategien und Vorgehensweisen zur Produktivitätssteigerung dieser Verfahren, damit die Anwendungen neuer, leichter Composite Materialien in Kombination mit Additiven Fertigungsverfahren, speziell im Bereich der Wing Movables und Primär Struktur Bauteilen für zukünftige, effiziente Luftfahrzeuge, in der Serienfertigung Verwendung finden. Das Vorhaben des Einsetzens additiv gefertigter Composite Bauteilen im Zuge des Forschungsvorhabens bezieht sich allerdings nicht wie gewöhnlich auf metallische Werkstoffe, sondern auf die Verwendung von Faser-verstärkten (Endlos-und Kurzfaser-Verstärkung) thermoplastischen Kunststoffen. Branchenübergreifend setzt sich diese Methode des FLM Verfahren bereits mehr und mehr als anerkanntes Fertigungsverfahren durch, jedoch stehen zur Einführung dessen in die produktive Fertigung signifikante Entwicklungsbedarfe hinsichtlich Anlagenreife, Prozessstabilität, Materialien, Auslegungswerkzeugen und Designregeln im Wege. Somit ist es das Kernziel des Forschungsprojekts SHReC, additive thermoplastische Fertigungsmethoden (FLM und FCM), zur Herstellung strukturell-kritischer faserverstärkter Komponenten sowie deren Kombination mit sekundären Thermoplast-Produktionsverfahren, in die Lufahrtindustrie zu integrieren.  Anhand von vier Use Cases, welche sich auf die Strukturbauteile „RTC Spoiler“, „RTC Blocker Door“, „Airspace Entrance Area“ und „Kabinenkomponente Passagierdrohne“ beziehen, werden genannte Prozesse evaluiert, optimiert und deren zukünftige Nutzen analysiert. Zudem wird auch das lastorientierte Legen von thermoplastischen, endlosfaserverstärkten Tapes, sowie eine Funktionsintegration, von Anbauteilen mittels nachträglichen Überdruckens oder Overmoulding, berücksichtigt. Diese Integration der sekundären Fertigungsprozesse, in Kombination mit additiven Verfahren ergänzt das Gesamtziel des Vorhabens.