Hutprofil aus CFK, gefügt durch den Einsatz reaktiver Multischichtsysteme (RMS)
Fraunhofer IWS
Forscher zeigten Ende September auf der diesjährigen „Composites Europe“, wie sich thermoplastische Polymere durch den Einsatz von Reaktiv-Folien mit hoher Geschwindigkeit fügen lassen.
Nur ein Augenaufschlag, und die Verbindung von thermoplastischer Probe und Metall-, Keramik- oder Polymerbauteil ist fertig. Möglich werden solch schnelle Prozesszeiten im Leichtbau durch sogenannte reaktive Multischichtsysteme (RMS). Dabei werden zwischen 20 und 100 Mikrometer dicken Folien zwischen zu fügende Bauteile gelegt. Durch eine lokale Aktivierung über einen elektrischen Funken oder Laserpuls reagieren die Einzellagen der RMS chemisch miteinander. Diese Reaktion setzt eine definierte Energiemenge frei und schmilzt im Fügebereich den thermoplastischen Fügepartner auf. Der aufgebrachte Fügedruck sorgt für eine reproduzierbare Verbindung mit dem Bauteil. Als eines der Laseranwendungsinstitute informierte das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) Ende September auf der Messe „Composites Europe“ in Stuttgart über dieses Hochgeschwindigkeits-Fügeverfahren.
Um nun eine gute Haftfestigkeit des Thermoplasts zu erzielen, ist eine optimierte Oberflächenvorbehandlung notwendig. Neben der Feinreinigung und chemischen Aktivierung durch eine Plasmabehandlung zeigt nach Angaben des IWS insbesondere die makroskopische Strukturierung positive Effekte bei der Erhöhung der Verbindungsfestigkeit. Hierbei ersetzt der Laser aufwendige mechanische Strahl- oder nasschemische Prozesse.
Oberflächen flexibel und schnell strukturiert
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Moderne Hochleistungslaser können Bauteiloberflächen flexibel und schnell strukturieren. Nach IWS-Angaben lässt sich das Material auf diese Weise mit bis zu 10 Metern pro Sekunde abtragen. Kommerzielle Plasmaquellen zur Vorbehandlung von Polymer- oder Metalloberflächen können typischerweise Behandlungsbreiten von wenigen Zentimetern realisieren. Durch den unaufhaltsamen Trend zur Massenfertigung von Faserverbundstrukturen steigen aber auch die Anforderungen hinsichtlich hochproduktiver Oberflächenbehandlungs- und Fügetechniken. Deshalb wurde am Fraunhofer IWS im Geschäftsfeld „Chemische Oberflächen- und Reaktionstechnik“ eine Großflächen-Plasmaquelle für diesen Einsatzfall entwickelt. Sie ermöglicht nach Institutsangaben die Großflächen-Vorbehandlung von z. B. CFK-Strukturen mit bis zu 50 Metern in der Minute bei typischen Behandlungsbreiten von bis zu 35 Zentimetern.