Sie entwickeln und erforschen Material-Kombinationen der besonderen Art \u2013 etwa f\u00fcr den Leichtbau der Zukunft: Die Experten f\u00fcr Verbundwerkstoffe treffen sich vom 3. bis zum 5. M\u00e4rz 2020 auf der JEC World in Paris. Die weltweit f\u00fchrende Fachmesse der Kompositwerkstoffindustrie bietet einen umfassenden \u00dcberblick \u00fcber die komplette Wertsch\u00f6pfungskette bei der Herstellung und Bearbeitung der ma\u00dfgeschneiderten Materialien. Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Lasertechnik ILT aus Aachen pr\u00e4sentiert dazu laserbasierte Verfahren f\u00fcr Leichtbauwerkstoffe sowie Hybridverbindungen.<\/b><\/p>\n
Das Fraunhofer ILT stellt auf der JEC World unter anderem Forschungsergebnisse zum Alterungsverhalten thermisch gef\u00fcgter Kunststoff-Metall-Hybridverbindungen vor. In dieser Multi-Materialbauweise kommen verschiedene, an lokale Belastungen angepasste Werkstoffe zum Einsatz, die neue Wege bei der Gewichtsoptimierung erm\u00f6glichen.<\/p>\n
\u00bbWegen der physikalischen und chemischen Ungleichheit der Materialien ist diese Bauweise eine besondere Herausforderung f\u00fcr die Verbindungstechnik, vor allem beim Einsatz von Kunststoffen und Metallen\u00ab, erkl\u00e4rt Kira van der Straeten, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Gruppe Mikrof\u00fcgen am Fraunhofer ILT. \u00bbHinzu kommt, dass unterschiedliche Materialeigenschaften \u2013 wie z. B. thermische Ausdehnung und korrosive Unterwanderung \u2013 Hybridverbindungen stark beanspruchen.\u00ab Das Alterungsverhalten der Verbindung ist deshalb f\u00fcr die Langzeitstabilit\u00e4t von Hybridbauteilen von besonderer Bedeutung.<\/p>\n
In Zusammenarbeit mit dem Institut f\u00fcr Schwei\u00df- und F\u00fcgetechnik (ISF) der RWTH Aachen University wurden im Projekt AGeD verschiedene Oberfl\u00e4chen-vorbehandlungen, F\u00fcgeverfahren und Materialkombinationen untersucht und die Gebrauchseigenschaften der Hybridverbindungen getestet. Um Aussagen \u00fcber die Langzeitstabilit\u00e4t der Verbindungen zu bekommen, wurden Hybridverbindungen aus verschiedenen Metallen und Kunststoff-Kombinationen Klimawechseltests und Korrosionstests unterzogen.<\/p>\n
Die Ergebnisse der Zugscherpr\u00fcfung vor und nach Klimawechseltests von laserstrukturierten und lasergef\u00fcgten Hybridverbindungen zeigten keine signifikante Abnahme der Verbundfestigkeit. Ebenso ergab sich bei Korrosionstests kein nachweisbarer negativer Einfluss auf die Zugscherfestigkeit. Kira van der Straeten zu den Ergebnissen des im Auftrag des BMWi durchgef\u00fchrten Projekts: \u00bbDie Resultate beweisen eindeutig, dass das Verfahren im Vergleich mit anderen F\u00fcgetechniken konkurrenzf\u00e4hig ist und sich optimal f\u00fcr sehr viele Kunststoff-Metall-Hybridverbindungen eignet.\u00ab Aufgrund der guten Langzeitstabilit\u00e4t unter verschiedensten Umwelteinfl\u00fcssen kommt es besonders f\u00fcr Anwendungen im Automobilbau oder in der Luft- und Raumfahrtbranche infrage.<\/p>\n
Zusammen mit dem Institut f\u00fcr Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen University wurde ein Verfahren speziell f\u00fcr das F\u00fcgen von Kunststoffen mit Magnesiumblechen entwickelt. Auf der JEC zeigen die Aachener, wie sich mittels Spritzguss und Lasermikrostrukturierung extrem leichte Bauteile herstellen lassen.<\/p>\n
Magnesiumbleche werden dabei mittels Faserlaserstrahlung unter Argonatmosph\u00e4re mikrostrukturiert und in ein Spritzgie\u00dfwerkzeug eingelegt. Der Kunststoff wird anschlie\u00dfend durch Hinterspritzen mit dem Magnesiumblech verbunden, wobei der Kunststoff durch F\u00fcllung der Mikrostrukturen mit dem Blech eine adh\u00e4sive Verbindung eingeht. Durch diesen Formschluss lassen sich auch chemisch unterschiedliche Werkstoffe leicht miteinander verbinden.<\/p>\n
Die Versuche ergaben, dass sich mit dem Verfahren durch eine Anpassung der Strukturgeometrie und -anordnung Zugscherfestigkeiten von \u00fcber 28 MPa erreichen lassen. Diese Werte sind deutlich h\u00f6her als die sonst bei haftvermittlerbasierten F\u00fcgeverfahren \u00fcblichen Festigkeiten f\u00fcr Strukturverklebungen, die in der Regel ca. 10 MPa betragen.<\/p>\n
In Paris stellen die Aachener au\u00dferdem vor, wie mit einem robotergef\u00fchrten Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser) 3D-geformte CFK-Halbzeuge (Preforms) prozesssicher und effizient gebohrt werden k\u00f6nnen. Im Rahmen des \u00f6ffentlich gef\u00f6rderten Projektes CarboLase realisierten f\u00fcnf Projektpartner aus Forschung und Industrie eine Roboterzelle mit automatisierter Prozesskette zur Herstellung der laserbearbeiteten Preforms am Institut f\u00fcr Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University.<\/p>\n
Der UKP-Laserstrahl wird dabei von der Strahlquelle \u00fcber eine Hohlkernfaser zu einem auf dem Knickarmroboter montierten Galvo-Scanner gef\u00fchrt. Die spiegellose Strahlf\u00fchrung kann dank des stabilisierten Laserstrahls den sehr dynamischen Bewegungen des Scanners \u00fcber die CFK-Preform problemlos folgen. Der robotergef\u00fchrte UKP-Laser bohrt wegen des defektfreien und pr\u00e4zisen Laserabtrags passgenaue Bohrungen, z. B. f\u00fcr Inserts. Au\u00dferdem entsteht wegen der abschlie\u00dfenden Matrixinfusion auch ohne Klebstoff eine zuverl\u00e4ssige und prozesssichere Multimaterialverbindung. Die direkt mit dem Matrixwerkstoff verbundenen Inserts erzielten bei Versuchen im CarboLase-Projekt eine um bis zu 50 Prozent h\u00f6here maximale Auszugkraft gegen\u00fcber konventionell gefertigten Bauteilen mit eingeklebten Inserts.<\/p>\n
\u00bbDas dynamische UKP-Laserbohrverfahren ist insbesondere f\u00fcr Leichtbauteile f\u00fcr die Luftfahrt und den Automobilbau interessant\u00ab, sagt Stefan Janssen, Wissenschaftler in der Gruppe Mikro- und Nanostrukturierung am Fraunhofer ILT. \u00bbDas sehr gut automatisierbare Verfahren kann wegen der gr\u00f6\u00dferen Festigkeit der Verbindungselemente den Aufwand f\u00fcr Material und Kosten bei der Herstellung von CFK-Bauteile senken.\u00ab<\/p>\n
Details zu Laserverfahren f\u00fcr die Bearbeitung von Composites erfahren Interessenten auf dem AZL-Gemeinschaftsstand (Halle 5A, Stand L97) auf der JEC World 2020 in Paris vom 3. bis 5. M\u00e4rz 2020.<\/p>\n
Das IGF-Projekt \u00bbAGeD \u2013 Untersuchung verschiedener Vorbehandlungs- und F\u00fcgemethoden im Hinblick auf das Alterungsverhalten und die Gebrauchseigenschaften beim Thermischen Direktf\u00fcgen von Metallen und Kunststoffen\u00ab mit Laufzeit von 2,5 Jahren wird durch das Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie (BMWi) gef\u00f6rdert.<\/p>\n
Das Projekt \u00bbCarboLase \u2013 Hochproduktive, automatisierte und ma\u00dfgeschneiderte Just-in-Time FVK-Bauteilfertigung\u00ab wurde aus Mitteln des Europ\u00e4ischen Fonds f\u00fcr regionale Entwicklung (EFRE) gef\u00f6rdert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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