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Über dieses Buch

Das Laser-Remote-Trennen von Leichtbauwerkstoffen wie hochfesten Stählen oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen stellt eine wirtschaftliche Alternative zu etablierten Verfahren dar. Die Arbeit zeigt auf, wie durch die Charakterisierung von Prozessemissionen eine Aussage zum Prozessfortschritt getroffen und somit die Bearbeitungsgeschwindigkeit bzw. die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gesteigert werden kann.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung
Insbesondere aus klimapolitischen Gründen wächst der globale Bedarf von Leichtbauwerkstoffen stetig. Ihr Spektrum weitet sich dabei zunehmend aus, von Anwendungen in Nischen- bis hin zu Massenprodukten, wobei die Bestrebungen der Hersteller im Automobil- und Luftfahrtsektor, die Energieeffizienz ihrer Flotten zu erhöhen, einen treibenden Faktor darstellen.
Max Oberlander

Kapitel 2. Begriffsbestimmungen und Verfahrensbeschreibungen

Zusammenfassung
Infolge der globalen klimapolitischen Entwicklungen der vergangenen Jahrzehnte steigen die Anforderungen an Ressourcen- und Energieeffizienz. Dies gilt insbesondere für die Anwendung bei bewegten Massen, sprich zur Minimierung von Flottenverbräuchen in der Luftfahrt und im Automobilbau. Auf Grund des wachsenden politischen wie gesellschaftlichen Umweltbewusstseins, sieht sich hierbei insbesondere die Automobilindustrie einem steigenden Innovationsdruck ausgesetzt [5,6].
Max Oberlander

Kapitel 3. Stand der Wissenschaft und Technik beim Laser-Remote-Trennen

Zusammenfassung
Bei der Lasermaterialbearbeitung wird im Allgemeinen die kohärente Laserstrahlung auf kleine Flächen fokussiert, um hohe Intensitäten bzw. Leistungsdichten zu erreichen, die für den Wechselwirkungsprozess zwischen Laserstrahlung und Materie – je nach Verfahren und Anwendungsfall – notwendig sind. Dieser komplexe Wechselwirkungsprozess wird von einer Vielzahl an Parametern beeinflusst. Die wichtigsten dieser Kenngrößen sind in Abbildung 3.1 dargestellt.
Max Oberlander

Kapitel 4. Ausgangssituation, Aufgabenstellung und Zielsetzung

Zusammenfassung
An dieser Stelle soll zunächst die wirtschaftliche Relevanz der untersuchten Werkstoffe sowie im Anschluss daran die des relevanten Fertigungsverfahrens betrachtet werden.
Max Oberlander

Kapitel 5. Systembeschreibung und Konzept

Zusammenfassung
Für die Versuche werden unterschiedliche 2D-CFK-Laminate bzw. Metallplatten verwendet. Die CFK-Proben werden mittels Vakuuminfusionsverfahren hergestellt. Dabei werden unterschiedliche Lagenaufbauten realisiert, um sicherzustellen, dass die entwickelten Algorithmen auf verschiedene Materialien übertragbar sind. Als Matrix dient ein 2-Komponenten-Epoxidsystem, der Lagenaufbau ist Tabelle 7 zu entnehmen.
Max Oberlander

Kapitel 6. Experimentelle Untersuchungen

Zusammenfassung
Der grundsätzliche Versuchsaufbau ist für alle untersuchten Werkstoffe identisch (vgl. Abbildung 5.2). Entsprechend Kapitel 5.2 kommen für die Trennversuche von CFK und Stahl jedoch unterschiedliche Strahlquellen zum Einsatz, weshalb an dieser Stelle kurz die jeweiligen Messaufbauten gezeigt werden sollen.
Max Oberlander

Kapitel 7. Ansätze zur In-Prozess-Überwachung

Zusammenfassung
Das in Kapitel 6.3.1.3 analysierte Verhalten des Diodensignals in Abhängigkeit von der Belichtungsanzahl kann nun genutzt werden, um eine automatisierte Erkennung der vollständigen Durchtrennung innerhalb eines Algorithmus zu realisieren.
Max Oberlander

Kapitel 8. Industrielle Validierung

Zusammenfassung
Abschließend soll der wirtschaftliche Nutzen der vorliegenden Arbeit mittels Wirtschaftlichkeitsrechnung quantifiziert und bewertet werden. Bei dem Endkonturbeschnitt von metallischen und faserverstärkten Automobilbauteilen stehen stets verschiedene Verfahren in Konkurrenz zueinander. Abhängig von verschiedenen Faktoren, wie zu bearbeitende Werkstoffe, die Losgrößen und die notwendige Qualität muss das für den Anwendungsfall wirtschaftlichste Verfahren ermittelt werden.
Max Oberlander

Kapitel 9. Zusammenfassung

Zusammenfassung
Die Nachbearbeitung gilt als wesentlicher Kostentreiber bei der Herstellung großformatiger Metall- und Faserverbundbauteile, insbesondere in der Großserie im Automobilbau. Die vorliegende Arbeit richtet ihr Augenmerk auf die Optimierung alternativer Verfahren des Laser-Remote-Trennens zur trennenden Nachbearbeitung metallischer sowie Faserverbundwerkstoffe. Aufbauend auf zahlreichen wissenschaftlichen Ansätzen zur Optimierung von Prozessen und Anlagentechnik richtet sich der Fokus hier auf Möglichkeiten zur In-Situ Prozessüberwachung.
Max Oberlander

Kapitel 10. Ausblick

Zusammenfassung
Zur industriellen Etablierung des Laser-Remote-Trennens sind weitere Forschungs- und Validierungsarbeiten notwendig. Das Prozessverhalten ist insbesondere bei der Bearbeitung und thermischen Schädigung Faserverstärkter Kunststoffe hinreichend untersucht. Auch wenn die Schädigung an der Schneidkante in Form eines Grats bzw. einer Wärmeeinflusszone – auch durch die vorliegende Arbeit – weitgehend reduziert werden kann, so verhindert doch oftmals die fehlende Akzeptanz potenzieller Anwender die weitere industrielle Verbreitung, obgleich das Verfahren bei Wandstärken weniger Millimeter konkurrenzlos schnell ist. Vorbehalte existieren insbesondere hinsichtlich der thermischen Bauteilschädigung und deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, der Implementierung von Laserfertigungstechnik im Allgemeinen, sowie der Nutzung remotefähiger Komponenten im Speziellen, die sowohl hinsichtlich des finanziellen Einsatzes (vgl. Kapitel 8.1) als auch der technischen Beherrschbarkeit ungleich aufwendiger sind. Eine weitere Reduzierung der Entwicklungs- und Beschaffungskosten von Lasersystemtechnik in den kommenden Jahrzehnten sollte zumindest erstgenannte Einstiegsbarriere vermindern.
Max Oberlander

Backmatter

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