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CFK-Bauteile 3D-Bauteile mit Laserprozessen automatisiert bearbeiten

| Redakteur: Rebecca Vogt

Will man kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) kostengünstig nutzbar machen, müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden. Im Projekt Holquest-3D hat das Laser Zentrum Hannover (LZH) zusammen mit Volkswagen und fünf weiteren Partnern Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

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Blick auf eine automatisiert geschäftete CFK-Oberfläche.
Blick auf eine automatisiert geschäftete CFK-Oberfläche.
(Bild: LZH)

In der Automobilindustrie setzt man immer mehr auf Karosserieteile aus CFK. Um die Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen, sind automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse die Grundlage. Ausgerichtet an einem Realbauteil aus der Automobilbranche hat das LZH im Projekt Holquest-3D Prozesse zum Schneiden von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Grundlage bildete der von Trumpf neu entwickelte Hochleistungsscheibenlaser mit einer Pulsdauer von tp = 30 ns und einer maximalen mittleren Leistung von PL = 1500 W. Zusätzlich hat KMS Automation Spannvorrichtungen entworfen, die an die verschiedenen Besonderheiten bei der Lasermaterialbearbeitung angepasst wurden. So ist eine Absaugung zur Erfassung der Prozessemissionen direkt in der Spannvorrichtung integriert. Volkswagen und Invent untersuchten schließlich den Einfluss der Laserbearbeitung auf die Eigenschaften der Bauteile sowie auf mögliche Folgeprozesse.

Schäften für die Reparaturvorbereitung

„Dreidimensionale CFK-Bauteile zu reparieren, ist momentan sehr aufwendig und kostenintensiv“, erklärt Sven Blümel, Projektverantwortlicher aus der Gruppe Verbundwerkstoffe des LZH. „Wir können nun Bauteile mit gekrümmten Oberflächen mit geringen Prozesszeiten zur Reparaturvorbereitung schäften. Anschließend werden die Schäftungen mit passgenauen Ersatzstücken, sogenannten Patches, wieder verschlossen. Das ist ein wichtiger Schritt, um die Lebenszeit von CFK-Karosserieteilen zu verlängern.“

Das Konzept für die Reparaturschritte hat dabei das Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK) der Technischen Universität Clausthal entwickelt und umgesetzt.

Abluftreinigungssystem kommt ohne Filterstoffe aus

Für einen sicheren Arbeitsplatz müssen Prozessemissionen typischer Prozesse bekannt und kontrollierbar sein. Die Gruppe Sicherheitstechnik des LZH hat deshalb die Schneid- und Schäftprozesse auf die entstehenden Emissionen untersucht. Basierend auf der Zusammensetzung der Prozessemissionen hat Jenoptik ein vollständig regeneratives, kontinuierlich arbeitendes Abluftreinigungssystem entwickelt, das ohne zusätzliche Filterstoffe auskommt.

Der Anwendungsbezug stand beim Projekt Holquest-3D im Fokus. Volkswagen hat den gesamten Entwicklungsprozess begleitet. „Mit dem erfolgreichen Abschluss des Projekts sind wir einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Serie voran gekommen“, lautet Sven Blümels Fazit.

Das Projekt Holquest-3D

Das Projekt „3D Hochleistungs-Laserbearbeitung zur Qualitäts- und Durchsatzsteigerung für die prozesssichere, automatisierte Fertigung von CFK-Leichtbau-Strukturen“ (Holquest-3D) wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb der Förderinitiative „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“ mit rund vier Millionen Euro gefördert.

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