nach oben
Meine Merkliste
Ihre Merklisteneinträge speichern
Wenn Sie weitere Inhalte zu Ihrer Merkliste hinzufügen möchten, melden Sie sich bitte an. Wenn Sie noch kein Benutzerkonto haben, registrieren Sie sich bitte im Hanser Kundencenter.

» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.
Ihre Merklisten
Wenn Sie Ihre Merklisten bei Ihrem nächsten Besuch wieder verwenden möchten, melden Sie sich bitte an oder registrieren Sie sich im Hanser Kundencenter.
» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.

« Zurück

Ihre Vorteile im Überblick

  • Ein Login für alle Hanser Fachportale
  • Individuelle Startseite und damit schneller Zugriff auf bevorzugte Inhalte
  • Exklusiver Zugriff auf ausgewählte Inhalte
  • Persönliche Merklisten über alle Hanser Fachportale
  • Zentrale Verwaltung Ihrer persönlichen Daten und Newsletter-Abonnements

Jetzt registrieren
English
Merken Gemerkt
01.02.2017

Nimm’s leicht: Laserverfahren für die Mischbauweise

FVK und Metall prozesssicher verbinden

Die Kombination faserverstärkter Kunststoffe (FVK) mit metallischen Komponenten reduziert das Bauteilgewicht, ohne die Kosten für die Fertigung in die Höhe zu treiben. Das Fügen von FVK und Metall in prozessfähiger und reproduzierbarer Qualität ermöglicht neue Lösungen für den Leichtbau. Ein BMBF-gefördertes Projekt hat speziell dafür neue Prozesstechniken auf Basis von Laserquellen entwickelt.

Für Branchen wie den Automobilbau gewinnen leichte Hybridbauteile aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) und Metall immer mehr an Bedeutung. Bei ihrer Herstellung lautet eine der wichtigsten Fragen: Wie lassen sich diese artungleichen Werkstoffe dauerhaft und prozesssicher verbinden und trennen?

  • HyBriLight Probekörper: Im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts hat das Fraunhofer ILT einen neuen Fügeprozess entwickelt. Dieser verbindet Kunststoff und Metall per Formschuss und Adhäsion (© Fraunhofer ILT)

    HyBriLight Probekörper: Im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts hat das Fraunhofer ILT einen neuen Fügeprozess entwickelt. Dieser verbindet Kunststoff und Metall per Formschuss und Adhäsion (© Fraunhofer ILT)

  • Für das Hybridspritzgießen haben die Forscher ein Verfahren entwickelt, bei dem mittels Laserstrahlung Mikrostrukturen im Metall erzeugt werden, die sich beim anschließenden Spritzgießen mit dem flüssigen Kunststoff füllen (© Fraunhofer ILT)

    Für das Hybridspritzgießen haben die Forscher ein Verfahren entwickelt, bei dem mittels Laserstrahlung Mikrostrukturen im Metall erzeugt werden, die sich beim anschließenden Spritzgießen mit dem flüssigen Kunststoff füllen (© Fraunhofer ILT)

  • CFK-Metall-Schnittkante: Mit dem Laser können auch so unterschiedliche Materialien wie CFK und Metall mit nur einem Werkszeug verschleißfrei gefügt werden (© Fraunhofer ILT)

    CFK-Metall-Schnittkante: Mit dem Laser können auch so unterschiedliche Materialien wie CFK und Metall mit nur einem Werkszeug verschleißfrei gefügt werden (© Fraunhofer ILT)

  • Formschlüssiger CFK-Metall Zuschnitt: Das CFK wird in mehreren Scans abgetragen. Die entstanden Fuge wird dabei so ausgelegt, dass sie optimal für den nachfolgenden Schnitt im Metall geeignet ist (© Fraunhofer ILT)

    Formschlüssiger CFK-Metall Zuschnitt: Das CFK wird in mehreren Scans abgetragen. Die entstanden Fuge wird dabei so ausgelegt, dass sie optimal für den nachfolgenden Schnitt im Metall geeignet ist (© Fraunhofer ILT)

1 | 0

Kombination von Formschluss und spezifischer Adhäsion

Als Alternative zum bisher bevorzugt eingesetzten Klebeverfahren hat das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen im Rahmen des BMBF-Projekts „HyBriLight“ einen neuen Fügeprozess entwickelt, der Kunststoff und Metall per Formschluss und Adhäsion miteinander verbindet. Ein Ultrakurzpulslaser erzeugt dazu im Metall durch flächiges Abtragen Mikro- und Nanostrukturen mit hoher Strukturdichte. Anschließend wird das Metall erhitzt und der Kunststoff über Wärmeleitung plastifiziert. Der geschmolzene Kunststoff fließt in die Mikrostrukturen und nach dem Erkalten entsteht eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen den beiden Materialien.

Mit dem Verfahren lassen sich Hybridbauteile mit sehr hoher Zugscherfestigkeit von rund 25 MPa herstellen. Diese hohen Festigkeiten sind vor allem auf die starke Adhäsionswirkung der Mikro- und Nanostrukturen aufgrund von spezifischer und mechanischer Adhäsion zurückzuführen.

Industrielle Umsetzung der Verbindungstechnik im Hybridspritzgießen

Ein ähnliches Verfahren entstand für eine andere, vorwiegend in der Automobil- und Elektroindustrie verwendete Mischbauweise: Im Spritzgießprozess entstehen Bauteile aus Kunststoff und metallischen Einlegern. Auf der JEC in Paris stellt das Fraunhofer ILT ein laserbasiertes Verfahren vor, das Kunststoff und Einleger ohne Additive mit hoher Festigkeit verbindet.

Mittels Laserstrahlung werden Mikrostrukturen im Metall erzeugt, die sich beim anschließenden Spritzgießen mit dem flüssigen Kunststoff füllen. Nach seiner Erstarrung bildet sich eine feste, dauerhafte und formschlüssige Verbindung mit mehr als 22 MPa Zugscherfestigkeit. „Durch eine Anpassung von Strukturdichte und Orientierung der Mikrostrukturen auf dem metallischen Fügepartner kann die resultierende Festigkeit beeinflusst und an die späteren Einsatzbedingungen angepasst werden“, erklärt Kira van der Straeten, Wissenschaftlerin im Team Kunststoffbearbeitung.

Laserzuschnitt ermöglicht formschlüssige Verbindung

Fügetechniken wie Nieten oder andere formschlüssige Verbindungen erfordern präzise Fügekanten. Mit dem Laser gelingt dieser Zuschnitt auch für das Fügen unterschiedlicher Materialien wie Metall und carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) verschleißfrei mit nur einem Werkzeug. Hierzu stellt das Fraunhofer ILT auf dem AZL-Gemeinschaftsstand ein Verfahren zum Schneiden von gestapelten Schichten aus CFK und Titan bzw. Aluminium vor.

Dabei wird das CFK in mehreren Scans abgetragen. „Durch eine clevere Scanstrategie wird die dabei entstehende Fuge so ausgelegt, dass sie optimal für den nachfolgenden Schnitt im Metall geeignet ist, der anschließend in einer Überfahrt mit Schneidgasunterstützung erfolgt“, sagt Dr. Frank Schneider, Seniorexperte der Gruppe Makrofügen & Schneiden. Beide Teilprozesse können auch für im Stumpfstoß nebeneinander angeordnete Materialverbünde genutzt werden. Hierzu wird durch den Laserzuschnitt eine formschlüssige Verzahnung der Fügepartner erzeugt. (me)

zusätzliche Links

Mehr über die drei Verfahren erfahren Besucher auf der JEC World Composite Show (14. -16. März 2017) in Paris auf dem AZL-Gemeinschaftsstand C79 in Halle 6

Weiterführende Information
  • JEC World

    Fachmesse für Verbundwerkstoffe

    Die nächste Auflage der JEC World findet vom 9. - 11. März 2021 in Paris statt. Sie ist eine der weltweit führenden Fachmessen der Verbundwerkstoffindustrie. Neben verschiedenen Anwendungsbereichen werden auch nachhaltige Composite-Lösungen im Fokus der Veranstaltung stehen.   mehr

Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Steinbachstraße 15
DE 52074 Aachen
Tel.: 0241 8906-0
Fax: 0241 8906-121

Diese Beiträge könnten Sie auch interessieren
keine Kommentare
Diesen Artikel kommentieren





Über die Verarbeitung Ihrer personenbezogenen Daten zum Zweck der Kommentierung von Inhalten informiert Sie unsere Datenschutzerklärung.
Newsletter
© 123RF.com/Maitree Laipitaksin

Sie wollen keine Kunststoffe-News verpassen?
Hier kostenlos anmelden


Beispiel-Newsletter ansehen

Marktbarometer

Erfahren Sie in unserem monatlichen Marktbarometer, wie sich die Kunststoff-Branche entwickelt.


Zum Marktbarometer

Kunststoffe im Automobil

Zum Special