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JEC World 2019

Laser liefert funktionsintegrierte Composites

| Redakteur: Peter Königsreuther

Wer erfahren möchte, wie man den Materialmix inklusive funktionalisierender Effekte per Laser wirtschaftlich und sicher schaffen kann, der sollte sich beim Fraunhofer-ILT umschauen. Halle 5A am Stand D17.

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Die Laserexperten des Fraunhofer-ILT haben an diesem Demonstrator-Trägerteil, das aus einem Magnesiumblech und einer Innenstruktur aus mit 30 % Kurzglasfaser-vertärktem Polypropylen (PP-GF30) besteht, per Laser eine Mikrostrukturierung vorgenommen, die dafür sorgt, dass sich Kunststoff und Metall mechanisch fest verkrallen. JEC World 2019 in Halle 5A am Stand D17.
Die Laserexperten des Fraunhofer-ILT haben an diesem Demonstrator-Trägerteil, das aus einem Magnesiumblech und einer Innenstruktur aus mit 30 % Kurzglasfaser-vertärktem Polypropylen (PP-GF30) besteht, per Laser eine Mikrostrukturierung vorgenommen, die dafür sorgt, dass sich Kunststoff und Metall mechanisch fest verkrallen. JEC World 2019 in Halle 5A am Stand D17.
(Bild: ILT)

Experten des Fraunhofer-ILT erforschen und entwickeln Laserprozesse für das wirtschaftliche Fügen, Schneiden, Abtragen oder Bohren von Verbundmaterialien, heißt es. Die Anstrengungen erklären sich insbesondere vor dem Hintergrund der Integration in bestehende Prozessketten. Dr. Alexander Olowinsky, Gruppenleiter Mikrofügen am Fraunhofer-ILT erklärt: „Mechanische Verfahren in der Trenntechnik, zu der etwa das Fräsen, Sägen oder Wasserstrahlschneiden gehören sowie das Kleben von Werkstoffen lassen sich durch Laserprozesse ersetzen, wobei der Laser die Effizienz und Qualität der Verfahren deutlich steigern kann.“

Magnesium-Kunststoff-Mix mit Mikrostruktur

Kunststoffe und Metalle bieten jeweils für sich spezielle, vorteilhafte Eigenschaften, etwa in puncto Formbarkeit, Festigkeit oder Wärmeleitfähigkeit, die durch die Herstellung von Hybridbauteilen kombiniert werden können, so die ILT-Forscher. Bei Hybridverbindungen aber, müssten die Metalloberflächen zunächst vorbereitet werden, damit der Materialmix auch einsatzfähig sei. Dafür kommen zum Beispiel die Mikrostrukturierung per CW-Laser (Dauerstrichlaser oder Continuous Wave) oder die Mikro- beziehungsweise Nanostrukturierung mit Ultrakurzpulslaser (UKP) mit unterschiedlichen Maschinenkonzepten infrage, heißt es weiter.

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Magnesium ist der leichteste metallische Konstruktionswerkstoff und zeichnet sich durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aus. Gemeinsam mit dem Institut für Kunststoffverarbeitung IKV der RWTH Aachen entwickelt das Fraunhofer ILT Laserprozesse zur Mikrostrukturierung von Magnesium, das anschließend sehr stabile und formschlüssige Verbindungen mit verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen ermöglicht.

Die feste Verbindung ohne Klebstoff

Ein single-mode-Faserlaser (mit 1064 nm Wellenlänge) bringt mit Flächenraten von bis zu 1000 mm²/s präzise Hinterschnitte in die Magnesiumoberfläche ein, die sich im späteren Spritzgussverfahren mit Kunststoff ausfüllen lassen, der sich in denselben mechanisch sehr gut verkrallen kann. „Mit kurzglasfaserverstärktem Kunststoff haben wir Hybridverbindungen mit hohen Zugscherfestigkeiten, die einen Wert bis zu 22,4 MPa erreichen – die Bauteile sind aber extrem leicht und gleichzeitig hoch belastbar“, betonot Dipl.-Wirt.-Ing. Christoph Engelmann, Teamleiter Kunststoffbearbeitung am Fraunhofer-ILT. Weil keine Klebstoffe dazu nötig sind, finden Alterungsprozesse deutlich langsamer statt als bei konventionellen geklebten Verbindungen.

Bei der Kunststoffauswahl gibt es außerdem viel Spielraum, ergänzt Engelmann: „Grundsätzlich eignen sich alle thermoplastischen Kunststoffe, die im Spritzgussverfahren einsetzbar sind.“ Diese böten vielfältige Möglichkeiten zur Bauteilanbindung und zur Integration von Funktionen, welche die hergestellten Hybridbauteile später haben, und welche im Vergleich zur reinen Metallbauweise nicht zu machen wären.

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