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Leichtbau

Laserstrahlbohren von CFK-Bauteilen

| Redakteur: Beate Christmann

Statt Hartmetallbohrern: Laserbohrungen in einem Flugzeugbauteil aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK).
Statt Hartmetallbohrern: Laserbohrungen in einem Flugzeugbauteil aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). (Bild: LZH)

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Das Verbundprojekt „Laserstrahlbohren von Kompositwerkstoffen für Luftfahrtanwendungen“ (Labokomp) will das Laserbohren von Verbundwerkstoffen für den Serieneinsatz in der Luftfahrindustrie weiterentwickeln. Dazu verwenden die Projektpartner rund um das Laser Zentrum Hnnover (LZH) eine neue hochgepulste Laserstrahlquelle.

Wer von Leichtbau redet, kommt an ihnen in der Regel nicht vorbei: Verbundwerkstoffe, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), werden auf Grund ihres hohen Leichtbaupotenzials bereits in großem Umfang eingesetzt. Diese Materialien besitzen zwar herausragende Eigenschaften, wie ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Stabilität, sind aber nur mit großem Aufwand zu bearbeiten. Mechanische Verfahren bringen hierbei einen hohen Werkzeugverschleiß und daraus resultierende Qualitätsprobleme mit sich. Hier bietet sich das Laserstrahlbohren als Alternative an.

Laserstrahlung anstelle von Hartmetallbohrern

Vier Unternehmen und das Laser Zentrum Hannover (LZH) haben sich nun im Verbundprojekt „Laserstrahlbohren von Kompositwerkstoffen für Luftfahrtanwendungen“ (Labokomp) das Ziel gesetzt, das Laserbohren von Verbundwerkstoffen für den Serieneinsatz in der Luftfahrtindustrie weiter zu entwickeln. Im Mittelpunkt steht dabei der Aufbau von effizienter und an die Erfordernisse der Luftfahrt angepasster Anlagen- und Prozesstechnik. Die Projektpartner auf die Entwicklung angepasster Bearbeitungsstrategien unter Verwendung einer neuen hochgepulsten Laserstrahlquelle.

Um den Prozess industrietauglich zu gestalten, soll den Anwendern schließlich auch eine maßgeschneiderte System-, Handhabungs- und Überwachungstechnik zur Verfügung stehen. Nur so kann die hochpräzise und dynamische Handhabung sowie die Bearbeitung hochqualitativer Serienbauteile gelingen.

Spannvorrichtung für alle Bauteilvarianten

Die kleinen und mittelständischen Unternehmen Invent und KMS Technology Center sowie die Großunternehmen Trumpf Laser und Premium Aerotec entwickeln in dem Projekt automatisierte Spann- und Positioniersysteme, in die unter anderem eine Schwingungserkennung und –dämpfung integriert wird. Anders als bei vielen konventionellen Trennverfahren kann hier eine einzige Spannvorrichtung für alle Bauteilvarianten eingesetzt werden. Um einen ganzheitlichen Gesamtprozess zu erreichen, werden zudem die Zu- und Abfuhr von Prozessgasen und Emissionen sowie die Kühlung der Werkstücke optimiert.

Auch Montage von Großstrukturen

Untersuchungen und Werkstoffprüfungen mit dem Ziel, die thermische Belastung von lasergebohrten CFK-Bauteilen zu minimieren und gleichzeitig mittels maßgeschneiderter Prozessführung die Effizienz zu steigern, bilden die Arbeitsschwerpunkte der LZH-Experten aus der Gruppe Verbundwerkstoffe in der Abteilung Produktions- und Systemtechnik. Neben der Fertigung von Kleinbauteilen in großen Stückzahlen soll die neuartige Prozessstrategie zukünftig auch auf die Montage von Großstrukturen übertragen werden.

Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative KMU-innovativ: Photonik für eine Laufzeit von drei Jahren gefördert.

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