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Vortrag

Vergleich laserbasierter Fügeverfahren für Kunststoff-Metall-Hybride - Festigkeit vs. Prozessgeschwindigkeit

Mittwoch (18.04.2018)
17:00 - 17:20 Uhr

17:00 - 17:20 Uhr

Besonders in der Automobil- und Luftfahrtbranche ist die Einsparung von Gewicht durch innovative Leichtbaukonzepte eine wichtige Anforderung. Die Multi-Materialbauweise soll durch die Verwendung verschiedener Werkstoffe, angepasst an die lokalen Belastungen, neue Wege zur Gewichtsoptimierung eröffnen. Während Kunststoffe besonders durch ihr geringes Gewicht, ihren günstigen Preis und die uneingeschränkte Formgebung charakterisiert sind, widerstehen Metalle aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften deutlich höheren Belastungen. Um diesen Multi-Material-Leichtbau umzusetzen, sind geeignete, zuverlässige Fügeverfahren zur Verbindung von Kunststoffen und Metallen unerlässlich. Das laserbasierte Fügen von Kunststoff-Metall-Hybriden stellt einen innovativen Verbindungsansatz dar, bei dem vollständig auf zusätzliche Klebstoffe o.Ä. verzichtet wird. In einem ersten Prozessschritt werden mittels Laserstrahlung Mikrostrukturen mit Hinterschnitten in die Metalloberfläche eingebracht. Im zweiten Prozessschritt werden thermoplastischer Kunststoff und Metall thermisch gefügt, indem über Wärmeleitung der Kunststoff an der Kontaktfläche zum Metall aufgeschmolzen wird und in die erzeugten Kavitäten im Metall fließt. Nach Erstarrung bildet sich ein formschlüssiger Verbund zwischen beiden Werkstoffen.

Zur Mikrostrukturierung der Metalloberfläche werden derzeit verschiedene Ansätze durch den Einsatz unterschiedlicher Strahlquellen und Prozessführungen verfolgt. Diese Ansätze unterscheiden sich hauptsächlich in der Strukturausprägung und –Geometrie, in den daraus resultierenden Festigkeitswerten und den erreichbaren Prozessgeschwindigkeiten. Im Vergleich werden zwei verschiedene Prozesse, die Erzeugung von Grabenstrukturen mittels kontinuierlichem singlemode Faserlaser und die Erzeugung von schwammartigen Strukturen mittels Ultrakurzpulslaser, betrachtet. Die Vor- und Nachteile des jeweiligen Verfahrens werden in Hinblick auf Strukturausprägung, Festigkeit und Prozessgeschwindigkeit verglichen und bewertet.

Sprecher/Referent:
Kira van der Straeten
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Weitere Autoren/Referenten:
  • Christoph Engelmann
    Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
  • Dr. Alexander Olowinsky
    Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
  • Dr. Arnold Gillner
    Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT