Remote-Laserschneiden verpasst FVK-Bauteilen den letzten Schnitt

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Fraunhofer IWS Dresden

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.

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 extrem schnell, flexibel und präzise. Es steigert die Bearbeitungseffizienz und wird der mechanischen Endbearbeitung von FVK-Bauteilen mit gestickten Faserstrukturen einen enormen Schub verleihen.

Produktivitätssteigerung bei FVK-Airbaghüllen um bis zu 90%

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.

Für den Endbeschnitt von FVK-Bauteilen sind das Wasserstrahlschneiden und das Fräsen nach wie vor zeit- und kostenintensiv. Zudem ist der Verschleiß der Fräswerkzeuge hoch. Das klassische Laserschneiden scheitert an der Aufgabe aufgrund der starken thermischen Schädigung der Schnittzone des Faser-Matrix-Verbundes. Es ist keine Alternative für eine serientaugliche Massenproduktion.

Hochdynamische Strahlführung vermeidet Schädigung der Fasern

Deutliche Verbessrungen wurden am Fraunhofer IWS dagegen beim Remote-Laserschneiden erzielt. Die hochdynamische Strahlablenkung führt zu einer sehr hohen Schnittgeschwindigkeit, die zu einer extrem kurzzeitigen Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Verbundwerkstoff führt. Dadurch wird die thermische Zersetzung des Matrixwerkstoffes an der Schnittfuge reproduzierbar auf ein Minimum reduziert.

Die hohe Reproduzierbarkeit des Remote-Verfahrens führte bereits zu einer Anwendung ganz anderer Art: In der Kunstrasenherstellung müssen praktisch endlose glatte Fasern – sogenannte Filamente – geometrisch definierte Kräuselungen erhalten. Im Rahmen eines Verbundprojekts hat das Fraunhofer IWS gezeigt, dass sich die hochdynamische Laserstrahlführung über Spiegel zum Texturieren eignet. So wurden zeitgleich bis zu acht Kunststofffilamente auf bewegten Bahnen einer Kurzzeitwärmebehandlung unterzogen.

Das Ergebnis war eine reproduziere Beeinflussung textiler Kenndaten Restschrumpf, Einkräuselung und Zugfestigkeit. Dabei wurden die Filamente weder mechanisch geschädigt noch angeschmolzen.

* Dipl.-Ing. Annett Klotzbach ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in 01277 Dresden

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