Einleitung
Endlosfaserverstärkte Thermoplaste (CFR TP) gelten als eine der vielversprechendsten Werkstoffklassen für strukturelle Leichtbauanwendungen – in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in der Industrietechnik. Die Gründe sind bekannt: kein Autoklav, kürzere Prozesszeiten, Schweißbarkeit, Recyclingfähigkeit. Doch hinter dem Begriff „CFR TP" verbirgt sich keine einheitliche Fertigungsrealität. Die Art und Weise, wie endlosfaserverstärkte Thermoplastbauteile hergestellt werden, unterscheidet sich je nach Verfahren grundlegend – in der erreichbaren Bauteilgeometrie, der Faserarchitektur, dem Konsolidierungsgrad und der Skalierbarkeit für die Serienproduktion.
Dieser Artikel gibt einen technischen Überblick über die wichtigsten Verfahren zur Verarbeitung endlosfaserverstärkter Thermoplaste – und zeigt, für welche Anwendungsszenarien welcher Ansatz geeignet ist.
Das gemeinsame Fundament: Endlosfaser als strukturgebende Größe
Bevor einzelne Verfahren verglichen werden, lohnt sich eine grundlegende Klarstellung: Der entscheidende Unterschied zwischen kurzfaser- und endlosfaserverstärkten Thermoplasten liegt nicht im Material, sondern in der erreichbaren mechanischen Leistungsfähigkeit. In Europa entfallen laut aktuellen Marktdaten rund 90 % des Einsatzes faserverstärkter Thermoplaste auf kurzfaserverstärkte Varianten – typischerweise spritzgegossen, mit Faserlängen im Millimeterbereich. Endlosfaserverstärkte Thermoplaste, bei denen die Faser über die gesamte Bauteilänge durchläuft und Faservolumengehalte von 50–60 % erreichbar sind, machen trotz ihrer deutlich überlegenen spezifischen Steifigkeit und Festigkeit noch einen verhältnismäßig kleinen Anteil aus.
Genau hier setzt der Vergleich an: Welche Verfahren ermöglichen es, diese Materialklasse industriell zu nutzen – und unter welchen Bedingungen?
Tapelegen und Presskonsolidierung (Stacking & Press Consolidation)
Das Tapelegen ist eines der etabliertesten Verfahren für endlosfaserverstärkte Thermoplaste. Vorimprägnierte UD-Tapes werden in definierten Orientierungen aufeinandergestapelt und anschließend unter Druck und Temperatur in einer Presse konsolidiert. Das Ergebnis sind flächige Laminate mit hervorragender Faserarchitekturkontrolle und Konsolidierungsqualität – Porengehalte unter 1 % sind routinemäßig erreichbar.
Die Stärke dieses Ansatzes liegt in der Materialqualität und Reproduzierbarkeit. Die Schwäche liegt in der Geometrie: Flache oder leicht gekrümmte Platten lassen sich hervorragend herstellen, komplexe dreidimensionale Bauteile hingegen nur mit erheblichem Aufwand. Für strukturelle Platten, Organoblech-Halbzeuge oder Ausgangsmaterialien für nachfolgende Umformprozesse ist das Verfahren jedoch kaum zu übertreffen.
Continuous Compression Moulding (CCM)
Das Continuous Compression Moulding-Verfahren erweitert den Pressansatz um eine kontinuierliche Prozessführung: Mehrere Lagen vorimprägnierter Tapes oder Gewebe werden in definierten Orientierungen zusammengeführt, durchlaufen eine Heizzone und werden anschließend in einer Kühlzone unter Druck konsolidiert. Das Ergebnis sind endlose Profile oder Laminatbahnen mit hochwertigem, reproduzierbarem Aufbau.
CCM eignet sich besonders für die Großserienproduktion gerader oder schwach gekrümmter Profile – etwa Stringer, Versteifungsprofile oder strukturelle Flachprofile für Luft- und Raumfahrt oder Automobilanwendungen. Void-Gehalte unter 1 % sind dokumentiert, was dem Qualitätsniveau autoklavierter Thermoset-Bauteile entspricht. Die Einschränkung liegt in der Geometriefreiheit: Kreisquerschnitte, variable Wandstärken oder komplexe Hohlprofile sind mit CCM nicht darstellbar.
Pultrusion und Pullwinding
Die thermoplastische Pultrusion ist das Verfahren der Wahl für gerade, konstante Profile mit hohem Faservolumengehalt in axialer Richtung. Kontinuierliche Rovings werden durch ein beheiztes Werkzeug gezogen, dabei imprägniert und konsolidiert. Das Verfahren ist hochproduktiv und kosteneffizient – allerdings strikt auf axiale Faserarchitekturen und konstante Querschnitte limitiert.
Pullwinding kombiniert die Pultrusionsbewegung mit einem überlagerten Wickelprozess: Während das Profil durch das Werkzeug gezogen wird, werden zusätzliche Fasern unter definierten Winkeln aufgebracht. Dadurch lassen sich auch Torsions- und Querbelastungen gezielt adressieren. Das Verfahren eignet sich gut für Rohre und Profile mit definierter, aber begrenzter Lagenarchitektur. Die Geometrievielfalt bleibt jedoch eingeschränkt – variable Wandstärken, kurze Bauteile oder komplexe Wickelgeometrien sind schwer realisierbar.
Flechten (Braiding)
Beim Flechten werden Faserstränge auf einem Kern (Dorn) zu einem textilen Schlauch verflochten, der anschließend konsolidiert wird – entweder durch Pressen, Autoklavieren oder, im thermoplastischen Fall, durch Induktions- oder Ofenkonsolidierung. Das Verfahren erzeugt eine ausgeprägte multiaxiale Faserarchitektur mit hoher Schadenstoleranz und Energieabsorption, was es für crashrelevante Strukturen und Druckbehälter attraktiv macht.
Herone, ein deutsches Unternehmen, hat mit der Kombination aus thermoplastischem Tapeflechten und Pressformgebung gezeigt, dass sich hochwertige Hohlprofile aus CF/PEEK mit integrierten Funktionselementen wirtschaftlich herstellen lassen. Die Einschränkungen des Flechtens liegen in der Faserwinkelkontrolle (typischerweise ±15° bis ±75°, keine 0°-Lagen ohne zusätzliche Einleger) und in der Skalierung auf kurze oder geometrisch variable Bauteile.
Additive Fertigung mit Endlosfasern (AM)
Die additive Fertigung mit kontinuierlicher Faserverstärkung – etwa durch Systeme wie Anisoprint oder Markforged – hat in den letzten Jahren erhebliche Forschungsaufmerksamkeit erhalten. Das Prinzip: Endlosfasern werden gemeinsam mit einer thermoplastischen Matrix schichtweise abgelegt und erzeugen so faserverstärkte Bauteile ohne Werkzeug.
Die Designfreiheit ist das zentrale Argument dieses Ansatzes. Die Einschränkungen sind jedoch erheblich: Faservolumengehalte von 25 % und Porengehalte von bis zu 10 % sind in der Literatur dokumentiert – Werte, die strukturellen Anforderungen in Luft- und Raumfahrt oder Antriebsstranganwendungen in der Regel nicht genügen. Zugfestigkeiten und Steifigkeiten liegen deutlich unter denen konventionell gefertigter Endlosfaserverbunde. Die additive Fertigung mit Endlosfasern ist damit heute primär ein Werkzeug für Prototypen, Forschungsmuster und geometrisch komplexe Kleinbauteile – nicht für strukturelle Serienanwendungen.
Laser-assistiertes thermoplastisches Wickeln (LATW) – AFP-basierte In-situ-Konsolidierung
Das Laser-assistierte thermoplastische Wickeln (LATW) – auch als AFP-Verfahren mit In-situ-Konsolidierung bekannt – kombiniert die Präzision der automatisierten Faserplatzierung mit der Prozesseffizienz thermoplastischer Matrices. Ein Laserstrahl erhitzt die Ablageposition unmittelbar vor dem Anpresselement auf Verarbeitungstemperatur; das aufgebrachte Tape wird direkt konsolidiert, ohne nachgelagerten Autoklavschritt.
Das Verfahren ermöglicht die Herstellung rotationssymmetrischer Strukturen – Rohre, Druckbehälter, Wellenkörper – mit präzise steuerbarer Faserarchitektur, hohen Faservolumengehalten und nachweisbar niedrigen Porengehalten. Die Lagenarchitektur ist frei wählbar: axiale, helicale und Umfangslagen lassen sich beliebig kombinieren, was sowohl torsions- als auch druckbelastete Strukturen abdeckt. Alformet GmbH setzt dieses Verfahren – auf Basis der Maschinentechnologie und des Prozess-Know-hows von AFPT GmbH – für die Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplast-Rohre und -Profile ein, vom Prototyp bis zur Serie, ohne Autoklavinfrastruktur.
Welches Verfahren eignet sich für endlosfaserverstärkte Thermoplast-Rohre?
Für die Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplast-Rohre und rotationssymmetrischer Strukturen sind Wickelverfahren – insbesondere das Laser-assistierte thermoplastische Wickeln (LATW) – das geeignetste Fertigungsverfahren. Sie ermöglichen eine freie Wahl der Faserarchitektur, hohe Faservolumengehalte, In-situ-Konsolidierung ohne Autoklav und sind sowohl für Einzelteile als auch für mittlere Serienvolumina auslegbar. Pultrusion und Pullwinding sind Alternativen für gerade Profile mit axialdominierter Belastung, bieten aber deutlich weniger Flexibilität in der Lagenarchitektur.
Fazit: Kein Universalverfahren – aber klare Stärkeprofile
Der Vergleich zeigt: Es gibt kein universell überlegenes Fertigungsverfahren für endlosfaserverstärkte Thermoplaste. Jeder Ansatz hat ein klar definiertes Stärkeprofil, das durch Bauteilgeometrie, Lagenarchitektur, Serienvolumen und Qualitätsanforderungen bestimmt wird.
Verfahren | Geometrie | Faserarchitektur | Serientauglichkeit | Konsolidierungsqualität |
|---|---|---|---|---|
Tapelegen / Pressen | Flach, leicht gekrümmt | Frei wählbar | Mittel | Sehr hoch |
CCM | Profile, Laminatbahnen | Definiert, konstant | Hoch | Sehr hoch |
Pultrusion / Pullwinding | Gerade Profile, Rohre | Axial + begrenzt helical | Sehr hoch | Hoch |
Flechten | Hohlprofile, Rohre | Multiaxial, keine 0° | Mittel | Hoch-Sehr hoch |
AM (Endlosfaser) | Komplex, werkzeuglos | Frei, aber limitiert | Gering | Gering |
LATW / AFP | Rohre, Rotationskörper | Vollständig frei | Mittel–hoch | Hoch-Sehr hoch |
Für Entwicklungsteams, die strukturelle Rohre, Wellenkörper oder Druckbehälter aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten realisieren wollen, lohnt es sich, frühzeitig das Gespräch mit einem Fertigungspartner zu suchen, der das gesamte Spektrum – vom Werkstoff über den Prozess bis zur Qualifikation – aus einer Hand abdeckt.
Möchten Sie wissen, welches Verfahren für Ihre konkrete Anwendung geeignet ist? Sprechen Sie mit dem Team von Alformet.
📚 QUELLEN:
Springer Nature Link – Winding process of fibre-reinforced thermoplastic tubes with integrated tape production (Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2024): https://link.springer.com/article/10.1007/s00170-024-14628-y
CompositesWorld – Thermoplastic composite materials and processing interactions: https://www.compositesworld.com/articles/thermoplastic-composite-materials-and-processing-interactions
CompositesWorld – Aerospace-grade compression molding: https://www.compositesworld.com/articles/aerospace-grade-compression-molding
GlobalSpec Insights – Thermoplastic composites manufacturing process advances: https://insights.globalspec.com/article/12882/thermoplastic-composites-manufacturing-process-advances
Tandfonline – Advanced manufacturing of thermoplastic tape preforms: braiding simulation, curved preforming, and consolidation (2025): https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/20550340.2025.2546292
Wiley / Polymer Composites – The technology and current applications of continuous fiber-reinforced thermoplastic composites (Li et al., 2024): https://4spepublications.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/pc.28764
Wiley / Advanced Engineering Materials – Additive Manufacturing of Continuous Fibre Reinforced Composites (Thomas et al., 2025): https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.202503048
MDPI Modelling – Experimental and Numerical Verification of Continuous Carbon-Fibre Additively Manufactured Structures (Smojver et al., 2026): https://doi.org/10.3390/modelling7030094