Laserschneiden etabliert sich bei der CFK-Bearbeitung

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Ultrakurzpulslaser beschleunigt Klebe-Prozesse

Außer dem Schneiden sind mit dem Laser noch andere Bearbeitungen an CFK möglich. Die wichtigste davon ist das Abtragen. Dabei verdampfen Laserstrahlen die oberste Schicht der Werkstoffe sehr präzise. Dieses Verfahren ist zur Vorbereitung für das Kleben besonders nützlich, für das der Abtrag oder das Anrauen der obersten Werkstoffschicht für eine gute Haftung erforderlich ist. Der Laser bearbeitet hier exakt nur den benötigten Bereich. Auch dabei ist eine weitere Stärke des Lichts seine Geometriefreiheit: Problemlos können auch runde Bauteile für das Kleben vorbehandelt werden, indem der Laser deren Geometrie genau folgt.

Für eine großflächige, sehr schnelle Bearbeitung kommt bei der Klebevorbereitung ein CO₂-Laser als Strahlquelle zum Einsatz. Sollen exakt definierte kleine Bereiche mit höchster Qualität bearbeitet werden, können Ingenieure seit ein paar Jahren auf industriell ausgereifte Ultrakurzpulslaser zurückgreifen. Diese erzeugen Lichtpulse mit einer Dauer von wenigen Piko- oder gar Femtosekunden. So lassen sich feinste Bereiche nur wenige Nanometer tief abtragen – ohne gratbildende Schmelzreste und qualitätsmindernde Materialerwärmung. Diese Technik erhöht die Präzision der Bearbeitung zusätzlich erheblich. Nieten oder Kleben sind heute die gängigen Verfahren, um CFK und Metall zu fügen.

Laser erfüllen viele Konstrukteurs-Wünsche

Dabei können Laser die Bohrungen für den Nietprozess einbringen und die obere Lackschicht zur Klebevorbereitung abtragen. Beide Verfahren – Nieten und Kleben – bedeuten in der Produktion jedoch einen weiteren Arbeitsschritt und den Gebrauch zusätzlichen Materials.

Darüber hinaus gibt es für beide Methoden lästige geometrische Restriktionen: Man muss etwa einen Fügeflansch anbringen oder das Bauteil muss zugänglich für das Nietwerkzeug sein. Darum suchen Fertigungstechniker nach eleganteren Verbindungslösungen und sind beim Laser fündig geworden. Mit ultrakurzgepulstem Laserlicht ist es möglich, Metall und faserverstärkten Kunststoff formschlüssig miteinander zu kombinieren.

Um Metall und thermoplastische Kunststoffe sogar zu verzahnen, bereiten Ultrakurzpulslaser den metallischen Fügepartner vor, indem sie hinterschnittige Strukturen einarbeiten. Das so strukturierte Metallteil wird auf eine Temperatur gebracht, bei der der polymere Fügepartner schmilzt. Je nachdem, was besser zu Bauteil oder Fertigungskette passt, übernimmt das ein Induktor, ein Ofen oder ein anderer Laser. Drückt man nun das heiße Metall und den Kunststoff aneinander, fließt Letzterer in die Hinterschneidungen und geht nach dem Erkalten eine formschlüssige Verbindung mit dem Metallteil ein – ohne Zusatzmaterial. Die Festigkeit ist höher als beim Kleben – sowohl statisch als auch dynamisch. So werden auch flüssigkeitsdichte Verbindungen ohne zusätzliche Dichtung, wie etwa für Druckbehälter oder Außenhautbauteile, machbar. Typische Flächenraten liegen für Aluminium bei circa 6 cm²/s. Bei Stahl ist der Wert etwas geringer.

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