Automatischer verbunden Composite-Teile können wirtschaftlicher verklebt werden

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Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angew. Materialforschung - IFAM -

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Belohnt mit dem JEC Composites Innovation Award in der Kategorie Aerospace – Prozesse wurde das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM mit dieser Innovation ...

Das Kleben ist nach Aussage der IFAM-Forscher die prädestinierte Fügemethode für eine relativ produktive Fertigung von Komponenten aus Faserverbund-Kunststoffen. Nur damit könne der aktuelle und zukünftige industrielle Bedarf für zielstrebigen Leichtbau wirtschaftlich gedeckt werden. Eine konsequente und adaptive Automatisierung dieser Klebprozesse wird mit Blick auf den ansteigenden Fachkräftemangel außerdem immer bedeutender. Zugleich ist die spezielle Ausbildung von Fachkräften sowohl hinsichtlich des Klebeprozesses als auch in puncto Faserverbundtechnologie unabdingbar. Dabei stellen Verbundwerkstoffe, auch Composites genannt, hohe Anforderungen an die Klebprozesse. Die Fügesituation sowie die passende Wahl zwischen pastösen Klebstoffen und Klebfilmen gilt es dabei zu berücksichtigen, um Erfolg zu haben. Eigens dafür entwickelte F&E-Ansätze aus dem IFAM heißen digitale Spaltvermessung, adaptive Spaltfüllung und automatisierte Applikationsprozesse für pastöse Klebstoffe sowie für Klebfilme. Das zusammen ermögliche es, hochpräzise, belastbare und wirtschaftliche Klebprozesse für anspruchsvollste Verbundstrukturen, auch im Mix mit Metallen, zu schaffen – und das mit ausreichender Produktivität.

Saubere abrasive Oberflächenvorbehandlung

Das Vakuumsaugstrahlen ist dabei ein automatisiert und sauber ablaufendes Verfahren vom IFAM für die Oberflächenvorbehandlung der zu verklebenden Bauteile. Diese werde so angeraut, um mehr Haftungsfläche für den Klebstoff zu schaffen. Weil die als Abrasiv fungierenden Strahlpartikel direkt abgesaugt werden, entsteht dabei auch eine gereinigte, also rückstandsfreie, Oberfläche. Das Verfahren ermöglicht, wie es weiter heißt, gleichzeitig die Vorbehandlung sowie aber auch Aktivierung von Oberflächen. Es kann auch als Materialabtragmethode von Composite-Einzellagen verwendet werden, um das Schäften für Reparaturen vorzubereiten, wie die Forscher aus Stade dazu anmerken.

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Wer den Spalt kennt, kann spannungsarm kleben

Verbundstrukturen sind auch noch häufig durch erhebliche Form- und Lagetoleranzen charakterisiert, heißt es weiter. Standardisierte, meist manuelle, Kompensationsmethoden würde bei den Anforderungen nicht viel bringen. Eine 3D-Oberflächenmessung der Bauteile erzeugt aber Punktwolken, aus denen sich durch Koordinatentransformation und virtuellem Fügen die lokale Fügespaltgeometrie bestimmen lässt. Die resultierende Spaltkarte dient dann als Grundlage, um Füllstrategien gezielt zu planen, Spannungen zu minimieren und die Materialmenge zu optimieren, was sich auch für sehr große und komplexe Baugruppen eignet, so das IFAM. Für den individuellen Spaltausgleich empfehlen sich dann pastöse 1- und 2-Komponenten-Klebstoffe. Eigens entwickelte, robotergestützte Dosiersysteme sorgen für einen volumengenauen Auftrag, auch entlang komplexer Bauteilgeometrien. Abhängig von Viskosität, Umgebungsbedingungen und Bauteilgeometrie würden dann auch agile Applikationen der Klebstoffe machbar. In Kombination mit der Spaltvermessung lassen sich die Klebstoffraupen lokal variieren, um definierte Schichtdicken und ein spannungsarmes Fügen zu erreichen.

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