Hybridbauteil

Stahlbauteile in Serie mit Faserverbundkunststoffen funktionalisieren

| Redakteur: Dorothee Quitter

Teil eines hybriden Seitenschwellers lokal funktionalisiert durch laserunterstütztes Tapelegen.
Teil eines hybriden Seitenschwellers lokal funktionalisiert durch laserunterstütztes Tapelegen. (Bild: Fraunhofer IPT)

Im EU-Forschungsprojekt „Com-M-Union“ entwickeln die beiden Aachener Fraunhofer-Institute für Produktionstechnologie IPT und für Lasertechnik ILT gemeinsam mit 14 weiteren Partnern aus Industrie und Forschung großserientaugliche Fertigungsverfahren für den hybriden Leichtbau aus Metall und Faserverbundkunststoffen für die Automobil- und Luftfahrtbranche.

Das neue hybride Fertigungsverfahren setzt auf eine Kombination von Laserstrukturieren und laserunterstütztem Tapelegen: Dafür werden die Metallbauteile zunächst mit dem Laser vorbearbeitet und mit einer speziell entwickelten und genau definierten rauen Oberflächenstruktur versehen. Durch die Strukturierung lassen sich die Leichtbauelemente, die später zur Verstärkung dienen sollen, direkt mechanisch auf das Stahlbauteil fügen, ohne dass weitere Mittel zur Verbindung eingesetzt werden müssen. Die Verstärkungen aus thermoplastischem Faserverbundkunststoff, die gezielt an die zu erwartenden Belastungen angepasst sind, werden durch das automatisierte Tapelege-Verfahren auf das Bauteil aufgebracht. Dazu erwärmt der Laser die aufgelegten faserverstärkten Tapes lokal unmittelbar vor der Fügezone auf dem Metall, sodass das Matrixmaterial schmilzt. Es dringt dadurch in die Oberflächenstrukturen ein und bewirkt, dass die Tapes mit den eingebetteten Fasern auf der aufgerauten Oberfläche des Stahlbauteils haften.

Die Kombination dieser beiden Laserverfahren, zur Strukturierung und zur Erwärmung, spielt ihre Vorteile genau dann aus, wenn die mechanischen Eigenschaften des Bauteils lokal verbessert werden sollen, ohne dass das Bauteilgewicht dabei deutlich steigt. Der Prozess eignet sich besonders für die Großserienfertigung, da nach dem Ablegen der thermoplastischen Tapes keine weiteren Nachbearbeitungsschritte zur Konsolidierung des Werkstoffs erforderlich sind. Die punktgenaue, lokale Erwärmung verringert darüber hinaus den Verzug und die Eigenspannungen beim Fügen der beiden unterschiedlichen Materialien. Die Strukturierung mit dem Laser, eingesetzt durch das Fraunhofer ILT, unterliegt zudem keinerlei Werkzeugverschleiß und lässt sich reproduzierbar und punktgenau auf dem Metallbauteil einsetzen. (qui)

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