{"id":11616,"date":"2019-02-21T08:48:11","date_gmt":"2019-02-21T07:48:11","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=11616"},"modified":"2019-02-20T13:52:08","modified_gmt":"2019-02-20T12:52:08","slug":"laserverfahren-fuer-funktionsintegrierte-composites","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=11616","title":{"rendered":"Laserverfahren f\u00fcr funktionsintegrierte Composites"},"content":{"rendered":"
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Composites vereinen gewinnbringend die Vorteile artungleicher Materialien \u2013 und sch\u00f6pfen damit zum Beispiel Potentiale im Leichtbau aus. Auf der JEC World 2019 im M\u00e4rz in Paris pr\u00e4sentieren die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Lasertechnik ILT ein breites Spektrum an laserbasierten Technologien f\u00fcr die effiziente Herstellung und Bearbeitung von Verbundmaterialien. Einblicke zu F\u00fcge- und Trennverfahren sowie zur Oberfl\u00e4chenstrukturierung erhalten Besucher auf dem Gemeinschaftsstand des Aachener Zentrums f\u00fcr integrativen Leichtbau AZL, Halle 5A\/D17.<\/b><\/p>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Experten des Fraunhofer ILT erforschen und entwickeln Laserprozesse f\u00fcr das wirtschaftliche F\u00fcgen, Schneiden, Abtragen oder Bohren von Verbundmaterialien \u2013 insbesondere vor dem Hintergrund der Integration in bestehende Prozessketten. Dr.\u00a0Alexander Olowinsky, Gruppenleiter Mikrof\u00fcgen am Fraunhofer ILT: \u00bbMechanische Verfahren in der Trenntechnik wie das Fr\u00e4sen, S\u00e4gen oder das Wasserstrahlschneiden sowie das Kleben beim F\u00fcgen von Werkstoffen lassen sich durch Laserprozesse ersetzen, wobei diese die Effizienz und Qualit\u00e4t der Verfahren deutlich steigern k\u00f6nnen.\u00ab<\/p>\n

Mikrostrukturierung von Magnesium f\u00fcr Ultraleichtanwendungen<\/h4>\n

Kunststoffe und Metalle bieten jeweils spezielle Eigenschaften, etwa bei Formbarkeit, Festigkeit oder W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, die durch die Herstellung von Hybridbauteilen kombiniert werden k\u00f6nnen. Bei Hybridverbindungen m\u00fcssen die Metalloberfl\u00e4chen zun\u00e4chst vorbereitet werden. Dabei kommen z. B. die Mikrostrukturierung per cw-Laser oder die Mikro- beziehungsweise Nanostrukturierung mit Ultrakurzpulslaser mit unterschiedlichen Maschinenkonzepten infrage.<\/p>\n

Magnesium ist der leichteste metallische Konstruktionswerkstoff und zeichnet sich durch eine besonders hohe W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit aus. Gemeinsam mit dem Institut f\u00fcr Kunststoffverarbeitung IKV der RWTH Aachen entwickelt das Fraunhofer ILT Laserprozesse zur Mikrostrukturierung von Magnesium, das anschlie\u00dfend sehr stabile und formschl\u00fcssige Verbindungen mit verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen erm\u00f6glicht.<\/p>\n

Ein single-mode Faserlaser (mit 1064 nm Wellenl\u00e4nge) bringt mit Fl\u00e4chenraten von bis zu 1000 mm2<\/sup> pro Sekunde pr\u00e4zise Hinterschnitte in die Magnesiumoberfl\u00e4che ein, die sich im sp\u00e4teren Spritzgussverfahren mit Kunststoff ausf\u00fcllen lassen. \u00bbMit kurzglasfaserverst\u00e4rktem Kunststoff haben wir Hybridverbindungen mit hohen Zugscherfestigkeiten bis zu 22,4 MPa realisiert \u2013 die Bauteile sind extrem leicht und gleichzeitig hochbelastbar\u00ab, erkl\u00e4rt Dipl.-Wirt.-Ing. Christoph Engelmann, Teamleiter Kunststoffbearbeitung am Fraunhofer ILT. Da keine Klebstoffe n\u00f6tig sind, finden Alterungsprozesse zudem langsamer statt als bei konventionellen geklebten Verbindungen.<\/p>\n

Bei der Kunststoffauswahl gibt es viel Spielraum: Grunds\u00e4tzlich eignen sich alle thermoplastischen Kunststoffe, die im Spritzgussverfahren einsetzbar sind. Sie er\u00f6ffnen vielf\u00e4ltige M\u00f6glichkeiten zur Bauteilanbindung und zur Integration von Funktionalit\u00e4ten, welche die hergestellten Hybridbauteile sp\u00e4ter bieten und welche in reiner Metallbauweise nicht erzeugt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Materialschonende Trennverfahren f\u00fcr Composites<\/h4>\n

Beim Laserstrahlschneiden von Faserverbundmaterialien, insbesondere carbonfaserverst\u00e4rkten Kunststoffen, zielt die Prozessauslegung auf eine m\u00f6glichst kleine W\u00e4rmeeinflusszone. Gleichzeitig soll eine produktivit\u00e4tsorientierte, kurze Bearbeitungszeit eingehalten werden. Durch wiederholtes, schnelles Scannen des Laserstrahls entlang der Schneidbahn entsteht ein sukzessiver, schonender Abtrag. \u00bbDurch ein kontinuierliches Nachf\u00fchren des Scanfeldes ist dieses Verfahren auch f\u00fcr gro\u00dfe Bauteile anwendbar\u00ab, erl\u00e4utert Dr. Frank Schneider, Projektleiter Makrof\u00fcgen und Schneiden am Fraunhofer ILT.<\/p>\n

Laserleistung, Scangeschwindigkeit und die Abk\u00fchlzeit zwischen den Scans beeinflussen dabei die W\u00e4rmeeinflusszone und die Bearbeitungszeit. Die Wissenschaftler optimieren diese Parameter und ermitteln so die materialabh\u00e4ngig besten Einstellungen, die bei hybriden, aus einem Materialmix bestehenden Teilen auch innerhalb eines Bauteils adaptiert werden k\u00f6nnen. Selbst wenn so unterschiedliche Werkstoffe wie glasfaser- und kohlefaserverst\u00e4rkte Kunststoffe getrennt werden sollen, die in \u00fcbereinanderliegenden Schichten angeordnet sind, l\u00e4sst sich ein Schnitt in nur einem Bearbeitungsschritt ausf\u00fchren \u2013 pr\u00e4zise, ohne Verschlei\u00df an Werkzeugen und dank der Verf\u00fcgbarkeit von cw-Hochleistungslasern mit hoher Strahlqualit\u00e4t auch effizient.<\/p>\n

Laserbohren f\u00fcr produktive CFK-Bauteilfertigung<\/h4>\n

Im Leichtbaubereich wird die Integration von Funktionselementen in CFK-Strukturbauteilen h\u00e4ufig \u00fcber eingesetzte Gewindeh\u00fclsen (Inserts) durchgef\u00fchrt, z. B. in Preforms f\u00fcr Bauteile in der Automobil- und Flugzeugindustrie. Die Inserts werden dazu formschl\u00fcssig in typischerweise mechanisch gebohrte Bauteile eingesetzt und anschlie\u00dfen geklebt. Die Qualit\u00e4t und Festigkeit der F\u00fcgestelle h\u00e4ngen dabei ma\u00dfgeblich von der Fehlerfreiheit des gebohrten Laminates und der Klebung ab.<\/p>\n

Besonders haltbare und hochqualitative Verbindungen entstehen, wenn das noch ungetr\u00e4nkte Carbonfasertextil mittels ultrakurz gepulster (UKP) Laserstrahlung gebohrt wird, in das anschlie\u00dfend Funktionselemente formschl\u00fcssig eingesetzt werden. Laserscanner erm\u00f6glichen auch anspruchsvolle Bohrkonturen wie sternf\u00f6rmige Formbohrungen und damit die Integration von belastungsangepassten Einlegeteilen. Im sp\u00e4teren Infusionsprozess dient die Matrix als Klebstoff zwischen den Carbonfasern und dem Insert, wodurch kein weiterer Klebstoff erforderlich ist.<\/p>\n

Durch UKP-Laserstrahlbearbeitung k\u00f6nnen sowohl Preforms als auch konsolidierte CFK-Bauteile hochqualitativ gebohrt werden. \u00bbDurch die prim\u00e4re Verdampfung des Werkstoffs k\u00f6nnen thermische oder materialographische Sch\u00e4digungen im Laminat oder an den Fasern vermieden werden\u00ab, erl\u00e4utert Dr. Stefan Janssen, Teamleiter Laserstrahlbohren und Pr\u00e4zisionstrennen am Fraunhofer ILT. Die Prozesszeiten von typischerweise wenigen Sekunden bis zu einer Minute und die hohe Automatisierbarkeit unterst\u00fctzen zudem einen produktiven Einsatz in der CFK-Bauteilfertigung.<\/p>\n

Das Fraunhofer ILT auf der JEC World 2019<\/h4>\n

Mehr zur Laserbearbeitung von Composites erfahren Besucher auf der JEC World vom 12. bis zum 14. M\u00e4rz 2019 in Paris. Experten des Fraunhofer ILT pr\u00e4sentieren Details und neue Entwicklungen auf dem AZL-Gemeinschaftsstand, Halle 5A\/D17.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n

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Quelle: Fraunhofer<\/div>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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