Vorschau der JEC World 2019:Fraunhofer IPT

Fraunhofer-Institute für Produktionstechnologie (IPT, Aachen, Deutschland, 5/D17) betonen die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT, Aachen) im EU-Forschungsprojekt ComMUnion in Zusammenarbeit mit 14 Partnern aus der Industrie zur Entwicklung industrieller Prozesse und Lösungen für hybriden Leichtbau durch Kombination von Metall- und Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffen für Automobil- und Luft- und Raumfahrtanwendungen.

Das neue hybride Fertigungsverfahren basiert laut Fraunhofer IPT auf einer Kombination aus Lasertexturierung und laserunterstütztem Tape-Placement:Dazu werden Bauteile zunächst mit dem Laser zu einer speziell entwickelten, definierten, rauen Oberflächenstruktur vorbearbeitet. Durch die strukturierte Oberfläche können die endlosfaserverstärkten thermoplastischen Leichtbaumaterialien, die später zur Versteifung dienen, direkt mit dem Stahlbauteil verbunden werden. Die Verklebung erfolgt dann mechanisch, so dass keine zusätzlichen Vorbehandlungsmaßnahmen oder zusätzliche Haftvermittler wie Klebstoffe oder Haftvermittler erforderlich sind.

Die speziell auf die zu erwartenden Belastungen abgestimmten Versteifungen aus thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen werden im Tape-Placement-Verfahren mit dem Bauteil verbunden. Der Laser erhitzt die thermoplastischen Bänder lokal in der Fügezone zum Stahl. Das Matrixmaterial schmilzt und fließt in die lasertexturierten Kavitäten. Nach dem Erstarren des Schmelzmaterials haftet das Band mit den eingebetteten unidirektionalen Fasern an der aufgerauten Oberfläche des Stahlteils.

Der Vorteil der Kombination dieser beiden Laserverfahren kommt laut Fraunhofer IPT zum Tragen, wenn die mechanischen Eigenschaften des Bauteils lokal verbessert werden sollen, ohne das Bauteilgewicht signifikant zu erhöhen. Das Verfahren eignet sich laut Fraunhofer IPT besonders für die Massenproduktion, da keine weiteren Nachbearbeitungsschritte wie Aushärten erforderlich sind, um das Material nach der Tape-Platzierung zu verfestigen. Darüber hinaus soll eine präzise, ​​lokalisierte Erwärmung Verzug und Eigenspannungen beim Verbinden der beiden Materialien reduzieren. Das am Fraunhofer ILT entwickelte Lasertexturierungsverfahren kann auch an den Stellen, an denen die Texturen benötigt werden, reproduzierbar auf die Metalloberfläche aufgebracht werden. Außerdem unterliegt der Laser keinem Werkzeugverschleiß.

Um die Machbarkeit des Verfahrens zu beweisen, haben Forschungspartner ein erstes Demonstratorbauteil aus hochfestem Stahl und unidirektionalem faserverstärktem Thermoplastband fertiggestellt:Die beiden Fraunhofer-Forscher Kira van der Straeten vom Fraunhofer ILT und Tido Peters vom Fraunhofer IPT , stellte im Rahmen des Projektes ComMUnion einen hybriden Leichtbauschweller, ein Karosseriebauteil für die Automobilindustrie, her, um die Funktionsfähigkeit der Verfahrenskombination zu testen und nachzuweisen. Dieses Bauteil wird auf dem Fraunhofer-Stand ausgestellt.

Das ComMUnion-Projekt wird durch das Horizon 2020 Research and Innovation Programme der Europäischen Union unter der Grant Agreement No. 680567 gefördert.

Europäische Partner des ComMUnion-Forschungsprojekts sind:

• Aimen Technology Centre, Spanien (Koordinator)
• Autotech Engineering, AIE, Teil der Gestamp-Gruppe, Spanien
• AFPT GmbH, Deutschland
• Neue Infrarot-Technologien SL, Spanien
• Tecnatom SA, Spanien
• Motofil Robotics SA, Portugal
• Philips Photonics GmbH, Deutschland
• Labor for Manufacturing Systems and Automation (LMS) – Universität Patras, Griechenland
• Universidade de Coimbra, Portugal
• Missler Software, Frankreich
• Aciturri Engineering SL, Spanien
• CASP SA, Griechenland
• Lunovu GmbH, Deutschland
• ESI-Gruppe, Frankreich