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Konturbearbeitung

Remote-Laserschneiden bringt Faserverbundbauteile in Endform

| Autor / Redakteur: Annett Klotzbach / Josef-Martin Kraus

Beim Remote-Laserstrahlschneiden von CFK-Bauteilen sorgt ein Faserlaser für hohe Reproduzierbarkeit.
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Beim Remote-Laserstrahlschneiden von CFK-Bauteilen sorgt ein Faserlaser für hohe Reproduzierbarkeit. (Bild: Kraus)

In der mechanischen Bearbeitung von FVK-Bauteilen steckt noch Optimierungspotenzial, das sich nur teilweise durch Fräsen und Wasserstrahlschneiden und schon gar nicht mittels klassischen Laserschneidens erschließen lässt. Den besten Ansatz verspricht das Remote-Laserschneiden.

Laser haben das Potenzial, sich als Schneidwerkzeuge im Bereich Faserverbundkunststoffe (FVK) zu etablieren. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden legt dabei einen Fokus auf das Remote-Laserverfahren. Derzeit wird damit die Bearbeitbarkeit unterschiedlicher Faserhalbzeuge und Kunststoffbahnen im Rahmen der Prozess- und Systemoptimierung getestet.

Auf der Fachmesse Lasys 2012 in Stuttgart hat das Fraunhofer-IWS die Ergebnisse bei der Endbearbeitung von FVK-Bauteilen vorgestellt, die im TFP-Verfahren (Tailored Fiber Placement) gefertigt wurden. Das Verfahren, das vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. entwickelt wurde, hat seine Leistungsfähigkeit bereits in verschiedenen Fertigungsbereichen bewiesen: vom Brake-Booster für Fahrradbremsen über Fensterrahmen für Flugzeuge bis zu Leichtbauteilen mit Isogridfaserverstärkung.

Freischneiden der Faserstrukturen von einem flächigen Träger

Beim TFP-Verfahren werden Faserbündel oder Verstärkungsfäden auf einen flächigen Träger gestickt. Verlauf und Dicke der sogenannten Rovings aus Carbon-, Glas- oder Aramidfasern können nahezu beliebig sein. Nach dem Sticken wird das Vorprodukt in ein Formwerkzeug gelegt und in die Werkzeugkavität ein Kunststoff als Verfestigungsmatrix infiltriert. Vorab durchgeführte Kraftfluss- und Spannungsberechnungen legen den Verlauf und die Dicke der aufgestickten Rovings oder Verstärkungsfäden fest. Ist das Bauteil ausgehärtet, hat es bei gleicher Steifigkeit ein viel niedrigeres Gewicht als Leichtbauteile mit klassischen Faserverbundstrukturen. Grund dafür ist eine belastungsgerechtere Bauteilstruktur.

Jedoch wird noch die Endform der Teile mechanisch aufwendig von den Matrixrückständen und dem Stickträger getrennt. Das Remote-Laserschneiden hat die Leistungsfähigkeit, das zu ändern. Es automatisiert den Prozess. Beim Remote-Laserschneiden wird ein gut fokussierter Laserstrahl mithilfe schnell bewegter Spiegel entlang der zu schneidenden Kontur auf der Bauteiloberfläche bewegt – wie bei einem Scanner zum Erfassen von Bauteilkonturen. Die Vorteile des Verfahrens liegen auf Hand: Das Remote-Laserstrahlschneiden ist serr schnell, flexibel und präzise. Es steigert die Bearbeitungseffizienz und wird der mechanischen Endbearbeitung von FVK-Bauteilen mit gestickten Faserstrukturen einen enormen Schub verleihen.

Produktivität bei Textilbahnen enorm gestiegen

Das Verfahren hat sich bereits beim Zuschneiden von Airbaghüllen aus Textilbahnen etabliert. Es steigerte die Prozessproduktivität um bis zu 90 % im Vergleich zu konventionellen Schneidverfahren. Ausschlaggebend dafür ist der „On-the-Fly“-Zuschnitt: die Überlagerung des kontinuierlichen Vorschubs der Gewebebahn mit der schnellen Bewegung der Scannerspiegel. Dieses Arbeitsprinzip wurde am Fraunhofer-IWS auf Anwendungen im Automobilbau und in der Luftfahrttechnik übertragen, wo in der Vergangenheit Ansätze zur Serienfertigung immer wieder am hohen Aufwand entlang der Prozesskette gescheitert sind.

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