Stoffschlüssiges Fügen von Metall und Kunststoff jetzt auch ohne Klebstoff

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Fraunhofer IWS Dresden

Rascher Wärmeeintrag per Laser

Der eigentliche Verbindungsprozess, so die Dresdener Experten, gestaltet sich simpel: Der vorstrukturierte metallische Fügepartner wird mit dem Kunststoff verpresst. Gleichzeitig wird das Metall an der Fügestelle erwärmt und der Thermoplast partiell aufgeschmolzen, so die Erklärung dazu. Um dieses Verfahren für den industriellen Einsatz fit zu machen, entwickelten die Wissenschaftler eine modular aufgebaute Fügezange, die, wie es weiter heißt, sich etwa anstelle einer Punktschweißzange an einem Roboterarm montieren lässt. So könne bewährte Anlagentechnik auch im Multimaterialmix zum Einsatz kommen.

Auch das gehört zur Kompetenz der IWS-Forscher:

Eine besondere Herausforderung bestehe in der gleichmäßigen Erwärmung der metallischen Fügepartner. Denn außer der induktiven Erwärmung sei ein ebenfalls erarbeiteter Lösungsansatz diesen Prozess per Laser durchzuführen. Der Einsatz einer zweidimensionalen Laserstrahloszillation ermöglicht eine extrem schnelle Bewegung und Steuerung des Strahles, so die Forscher. Diese erlaube es, das Temperaturfeld dynamisch anzupassen, um die spezifischen Wärmeableitungsbedingungen der Fügeteile zu kompensieren.

Hohes Leichtbaupotenzial ist belegt

Gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern evaluierte das Fraunhofer IWS das entwickelte Verfahren anhand eines komplexen Technologiedemonstrators, heißt es. Dabei ersetzten die Forscher eigenen Schilderungen gemäß eine reine Schweißbaugruppe aus Baustahl durch ein Multimaterialdesign aus Organoblech und metallischem Deckblech, um so das Leichtbaupotenzial zu verdeutlichen. Außer dem thermischen Direktfügen erzeuge man aber auch formschlüssige Verbindungen im Steg-Schlitz-Design zwischen Metall und Organoblech. Diese als Grundsatzstudie zu verstehende Forschungsarbeit habe ergeben, dass sich das thermische Direktfügen für Multimaterial- und Bauteilkonstruktionen eigne, die sich insbesondere durch geringe Prozesszeiten, robuste Prozessführung sowie gute Automatisierbarkeit charakterisierten.

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