Laserstrukturierung verbessert Haftung auf Metall

×

Glasfaser-Metall-Laminate (Glare) gelten in der Luftfahrtindustrie als Leichtbauwerkstoff mit großem Zukunftspotenzial. Sie bestehen aus mehreren, jeweils nur einige Zehntelmillimeter starken Aluminium- und Faserverbundlagen und bieten gegenüber reinen Metallen neben der Gewichtseinsparung auch ein verbessertes Durchbrand-, Einschlag- und Ermüdungsverhalten.

Ein Ziel des im Rahmen des Projektes „Autoglare - Fortschrittliche Metallrumpfbauweise - glasfaserverstärktes Aluminium und automatisierte Fertigungsprozesse für hohe Produktionsraten im Flugzeugbau; Teilvorhaben: NFM-Glare“ durchgeführten Arbeiten war es, eine Technologie zur effizienten, umweltschonenden, großflächigen Oberflächenvorbehandlung von Glasfaser-Metall-Laminaten zu entwickelt, um zukünftig auf eine chemische Vorbehandlung mit Anodisierbädern verzichtet zu können. Der Lösungsansatz des Fraunhofer IWS bestand in der Vorbehandlung der Klebestelle durch Reinigen und Strukturierung mit Laserstrahlung. Für den Materialabtrag kamen bisher immer gepulste Lasersysteme zum Einsatz, da nur sie die entsprechend hohen Intensitäten zum Verdampfen des Metalls erzielten. Allerdings werden bei der klassischen Reinigung und Klebestellenvorbehandlung mit diesen Lasersystemen lediglich einige Quadratzentimeter bearbeitet. Im Projekt war jedoch die Strukturierung von mehreren Quadratmetern Oberfläche und damit ein deutlich effizienteres Lasersystem erforderlich.

Durch eine sehr gute Bündelung der Laserstrahlung eines leistungsstarken kontinuierlich emittierenden Festkörperlasers bei gleichzeitig schneller Spot-Bewegung über das Substrat konnte ein reproduzierbarer Materialabtrag erzielt werden. Um eine gute Produktivität zu erhalten, bewegt sich der Laserspot mit bis zu 300 m/s linienförmig über die Oberfläche. So können Flächenraten von aktuell 1 m² pro Minute erzielt werden. Im Vergleich dazu dauert eine chemische Vorbehandlung in verschiedenen Bädern mindestens 20 Minuten.