Leichtbau Leichtbau-Komponenten dank Lasertechnik kosteneffizient produzieren

Redakteur: Stefanie Michel

Noch ist die Marktdurchdringung mit komplexen Leichtbauteilen gering und die Fertigungskosten sind hoch. Deshalb entwickelt nun das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT gemeinsam mit Partnern wirtschaftliche Fertigungsverfahren. Beim Fraunhofer ILT steht das lasergestützte Fügen und Schneiden im Vordergrund.

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Neue Schneidverfahren mit Kurzpuls-CO2-Laser reduzieren die thermische Schädigung des Materials durch den geringen Wärmeeintrag. (Bild: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT)
Neue Schneidverfahren mit Kurzpuls-CO2-Laser reduzieren die thermische Schädigung des Materials durch den geringen Wärmeeintrag. (Bild: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT)

Die Nachfrage nach Leichtbau-Komponenten ist in den letzten Jahren weltweit stark gestiegen. Klassische Leichtbaumaterialien sind neben Aluminium, hochfesten Stählen, Magnesium und Titan vor allem faserverstärkte Kunststoffe (FVK). Deren Herstellung ist derzeit mit langen Zykluszeiten und einem geringen Automatisierungsgrad verbunden, was den Einsatz von FVK im Massenmarkt behindert.

Das EU-Projekt Fibrechain und das BMBF-geförderte Projekt Inprolight haben es sich daher zum Ziel gesetzt, unterschiedliche integrative Prozessketten von Speziallösungen bis hin zur großserientauglichen Produktion thermoplastischer FVK-Bauteile zu entwickeln. Das Fraunhofer ILT übernimmt hierbei insbesondere die Aufgabe, das Fügen und Schneiden der Bauteile zu optimieren.

Strukturelles Fügen von Kunststoff mit Metall durch Laserschweißen

Ausgehend vom Rohmaterial entwickeln Andreas Rösner und seine Kollegen am Fraunhofer ILT ein Verfahren zum strukturellen Fügen der Leichtbaukomponenten. Bislang wurden diese konventionell durch Kleben oder Nieten verbunden. Beide Verfahren benötigen aber Vorverarbeitungsschritten, sind teuer und mit langen Prozesszeiten verbunden. Um diese Nachteile zu umgehen, verbindet Rösner die Komponenten mit dem Laser, einem Verfahren, bei dem die Energie direkt in die Fügezone eingebracht wird und das mit einem Minimum an Bearbeitungszeit einhergeht.

Mit diesem Verfahren lassen sich sowohl komplexe Bauteile aus Einzelteilen herstellen als auch lastangepasste Strukturen durch selektive Versteifungen erzeugen. Eine Erweiterung stellt hierbei auch das Fügen von Kunststoff mit Metall dar, das in einem speziellen zweistufigen Verfahren mit Laserstrahlung realisiert werden konnte.

Mit Laser erwärmter Kunststoff dringt in metallische Strukturen ein

Rösner strukturiert das metallische Bauteil durch Laserstrahlung und erwärmt in einem zweiten Schritt dieses Bauteil durch Bestrahlung mit einem Diodenlaser. Der über Wärmeleitung erweichte Kunststoff dringt dann in diese Strukturen ein und stellt eine sehr gute mechanische Verkrallung zwischen den beiden Fügepartnern her.

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