Fraunhofer IPT zeigt Hybrid-Fertigungsdurchbruch auf JEC World 2019

Die Fraunhofer-Institute für Produktionstechnologie (IPT, Aachen, Deutschland, 5/D17) betont die Arbeit, die es mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT, Aachen) im EU-Forschungsprojekt ComMUnion, in Zusammenarbeit mit 14 Partnern aus der Industrie, leistete, um industrielle Prozesse und Lösungen für hybriden Leichtbau durch Kombination von Metall und Polymer-Matrix-Composites für Automobil- und Luftfahrtanwendungen zu entwickeln.

Fraunhofer IPT sagt, der neue hybride Fertigungsprozess basiert auf einer Kombination von Lasertexturierung und laserunterstütztem Bandablage: Hierfür werden Bauteile zunächst mit dem Laser vorbearbeitet, um eine speziell entwickelte, definierte, raue Oberflächenstruktur bereitzustellen. Die texturierte Oberfläche ermöglicht das direkte Verbinden der kontinuierlich faserverstärkten thermoplastischen Leichtbaumaterialien, die später zur Steifigung verwendet werden, mit dem Stahlbauteil. Die Verbindung ist dann mechanisch, was jegliche Notwendigkeit zusätzlicher Vorbehandlungsmaßnahmen oder zusätzlicher Haftvermittler wie Klebstoffe oder Klebemittel eliminiert.

Die Steifiger, hergestellt aus thermoplastischen faserverstärkten Composites, die speziell an die erwarteten Lasten angepasst sind, werden dem Bauteil mittels eines Bandablageprozesses hinzugefügt. Der Laser erhitzt die thermoplastischen Bänder lokal in der Fügezone zum Stahl. Das Matrixmaterial schmilzt und fließt in die lasertexturierten Kavitäten. Nach Erstarren des Schmelzmaterials haftet das Band mit den eingebetteten unidirektionalen Fasern an der aufgerauten Oberfläche des Stahlteils.

Der Vorteil der Kombination dieser beiden Laserprozesse, so Fraunhofer IPT, tritt zutage, wenn die mechanischen Eigenschaften des Bauteils lokal verbessert werden müssen, ohne dessen Gewicht signifikant zu erhöhen. Der Prozess, so Fraunhofer IPT, ist besonders geeignet für Massenproduktion, da keine weiteren Nachbearbeitungsschritte wie Aushärtungsoperationen erforderlich sind, um das Material nach der Bandablage zu konsolidieren. Zudem soll präzises, lokalisiertes Erhitzen Verzug und Eigenspannungen beim Verbinden der beiden Materialien reduzieren. Der Lasertexturierungsprozess, der am Fraunhofer ILT entwickelt wurde, kann auch reproduzierbar auf die Metalloberfläche an den Stellen angewendet werden, wo die Texturen benötigt werden. Zusätzlich unterliegt der Laser keinem Werkzeugverschleiß.

Um die Machbarkeit des Prozesses zu beweisen, haben Forschungspartner einen ersten Demonstratorbauteil aus hochfestem Stahl und unidirektional faserverstärktem thermoplastischem Band fertiggestellt: Die beiden Fraunhofer-Forscher Kira van der Straeten vom Fraunhofer ILT und Tido Peters vom Fraunhofer IPT fertigten ein hybrides Leichtbau-Seitenschweller-Paneel, ein Karosseriebauteil für die Automobilindustrie, um die Funktionalität der Prozesskombination im Rahmen des ComMUnion-Projekts zu testen und zu beweisen. Dieses Bauteil wird am Fraunhofer-Stand ausgestellt.

Das ComMUnion-Projekt wird durch das Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union unter 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
• New Infrared Technologies SL, Spanien
• Tecnatom SA, Spanien
• Motofil Robotics SA, Portugal
• Philips Photonics GmbH, Deutschland
• Laboratory 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 Group, Frankreich