Im Spritzguss hergestellte Hybridverbindung
Fraunhofer ILT
Eine für den Konstrukteur von Leichtbaustrukturen nicht immer leicht zu lösende Aufgabe besteht darin, unterschiedliche Materialien, etwa Kunststoffe und Metalle, dauerhaft zu fügen. In der Regel bietet es sich an, zu kleben. In diesem Fall gilt es jedoch nicht nur, den richtigen Klebstoff auszuwählen, sondern der Konstrukteur muss etwa auch die Anordnung der Fügeteile in der Klebfuge klebgerecht gestalten. Springer-Autor Gerd Habenicht stellt hierfür in "Kleben - erfolgreich und fehlerfrei" ab Seite 183 einige nützliche Grundregeln vor.
Auf die Frage, wie sich artungleiche Werkstoffe dauerhaft und prozesssicher verbinden und trennen lassen, geben Forscher des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) jetzt neue Antworten. Als Alternative zu den bevorzugt eingesetzten Klebeverfahren haben sie im Rahmen des HyBriLight-Projekts einen neuen Fügeprozess entwickelt, der laut ILT-Wissenschaftlerin Kira van der Straeten Kunststoff und Metall per Formschluss und Adhäsion miteinander verbindet. Dazu erzeugt ein Ultrakurzpulslaser zunächst im Metall durch flächiges Abtragen Mikro- und Nanostrukturen in hoher Strukturdichte. Anschließend wird das Metall erhitzt und der Kunststoff über Wärmeleitung plastifiziert. Der geschmolzene Kunststoff fließt in die Mikrostrukturen und nach dem Erkalten entsteht eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen den Materialien. Mit diesem Verfahren lassen sich nach ILT-Angaben Hybridbauteile mit einer Zugscherfestigkeit von rund 25 MPa herstellen. Die Forscher führen die vergleichsweise hohen Festigkeitswerte vor allem auf die starke Adhäsionswirkung der Mikro- und Nanostrukturen zurück.
Laserbasierte Verbindungstechnik für den Spritzgießprozess
Ein ähnliches Verfahren entstand am ILT für eine andere, vorwiegend in der Automobil- und Elektroindustrie verwendete Mischbauweise: Im Spritzgießprozess entstehen Bauteile aus Kunststoff und metallischen Einlegern. Die Fraunhofer-Forscher haben dafür eine laserbasierte Technologie entwickelt, die Kunststoff und Einleger ohne Additive mit hoher Festigkeit verbindet. Mittels Laserstrahlung werden Mikrostrukturen im Metall erzeugt, die sich beim anschließenden Spritzgießen mit dem flüssigen Kunststoff füllen. Nach seiner Erstarrung bildet sich demnach eine feste, dauerhafte und formschlüssige Verbindung mit mehr als 22 MPa Zugscherfestigkeit. Diese und weitere Ergebnisse ihrer Arbeit zeigen die ILT-Forscher auf der JEC World Composite Show vom 14. Bis 16. März 2017 in Paris.
