Kleben ohne Klebstoff Mittwoch, 21.03.2018

Neues Verfahren zum Fügen von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden hat ein neues Verfahren zum Fügen von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften entwickelt. Das thermische Direktfügen verpresst laserstrukturiertes Metall mit thermoplastischen Bauteilen und erwärmt diese lokal. Dadurch schmilzt der Thermoplast, dringt in die Strukturen ein und haftet an der Oberfläche. Eine eigens entwickelte Fügezange erzeugt binnen Sekunden robuste Verbindungen. Das Verfahren »HeatPressCool-Integrative« (HPCI) eignet sich, um aufwändige Klebeprozesse zu ersetzen.

Deshalb entwickelten die IWS-Forscher einen Laserabtragprozess, der Strukturtiefen von 100 Mikrometern und mehr bei Flächenraten von bis zu 30 Quadratzentimetern pro Sekunde erzeugt. Eine Remote- beziehungsweise Scanneroptik fokussiert den kontinuierlich strahlenden Leistungslaser auf das Metall und lenkt ihn dabei schnell ab. Das reinigt die Oberfläche von anhaftenden Ölen oder Verschmutzungen in der Grenzschicht. Gleichzeitig kann der später eindringende Kunststoff die Strukturen ausfüllen, sodass ein Formschluss zwischen Kunststoff und Metall entsteht. Somit entfällt die Notwendigkeit, die Oberfläche mit Lösungsmitteln oder Beizbädern chemisch zu reinigen.

Der vorstrukturierte metallische Fügepartner wird mit dem Kunststoff verpresst. Gleichzeitig wird das Metall an der Fügestelle erwärmt und der Thermoplast partiell aufgeschmolzen. Um dieses Verfahren für den industriellen Einsatz fit zu machen, entwickelten die Wissenschaftler eine modular aufgebaute Fügezange mit Lasererwärmung, die sich an einem Roboterarm montieren lässt.

Der Einsatz einer zweidimensionalen Laserstrahloszillation ermöglicht eine extrem schnelle Bewegung und Steuerung des Strahles. Diese erlaubt es, das Temperaturfeld dynamisch anzupassen, um die spezifischen Wärmeableitungsbedingungen der Fügeteile zu kompensieren.Die Grundsatzstudie erwies, dass sich das thermische Direktfügen für Multimaterial- und Bauteilkonstruktionen eignet, insbesondere aufgrund geringer Prozesszeiten, robuster Prozessführung sowie guter Automatisierbarkeit.

Foto: Fraunhofer IWS Dresden - Fügezange zum Kleben ohne Klebstoff

 

AK
21.3.18