Verbundvorhaben: CHIMERA - Funktionalisierung von laserstrukturierten Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) durch Thermisches Spritzen; Teilvorhaben: Entwicklung eines virtuellen Prüfstands zur Prognose der Langzeitfestigkeit von beschichteten Hybridbauteilen aus unterschiedlichen Materialkombinationen

Abstract

Im Projekt CHIMERA erarbeitete ein Konsortium aus einem Forschungspartner (Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, IWS) und vier Industriepartnern (Centrotherm Systemtechnik GmbH, LiA Engineering GmbH, GfE Fremat GmbH, TECOSIM GmbH) eine hochflexible Prozesskette zur Funktionalisierung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) durch metallische Schichten. Die Metallisierung von FKV sah zuerst eine Vorbehandlung durch einen gepulsten Laser vor, um die Haftfähigkeit der Oberfläche durch Aufrauen zu verbessern. Es folgte ein thermisches Spritzen zum Auftrag der funktionellen Beschichtung. Der Verbund wurde ausschließlich durch die Verklammerung der Schicht direkt im laserstrukturierten Substrat erzeugt. Die Technologiekette wurde auf leichte Gehäusebauteile zur elektromagnetischen Abschirmung angewandt. Der Beitrag der TECOSIM GmbH zum Projekt bestand darin, durch Digital Prototyping eine verlässliche und solide Prognose des Langzeitverhaltens durch einen virtuellen, anpassbaren Prüfstand zu ermöglichen. Für Metall-Kunststoff-Hybride sollte der Prüfstand ähnliche Aussagen liefern, wie Wöhlerkurven für metallische Werkstoffe, in der Form, dass für zyklische Belastungen in Abhängigkeit der Schwingspielzahl die erlaubte Spannungsamplitude ermittelt wird. Als wesentliches Projektergebnis ist ein virtueller Prüfstand für neuartige Hybridmaterialien aus Organoblech und Kupferbeschichtung zur statischen Festigkeit mit Mikromodellierung entstanden. Als relevante kritische Größe zur Prognose der statischen Festigkeit von beschichteten Hybridbauteilen aus unterschiedlichen Materialkombinationen wurde die Scherfestigkeit erkannt. Auch für die Langzeitfestigkeit zeigt der virtuelle Prüfstand plausible Ergebnisse. Damit eignet sich der virtuelle Prüfstand zur Bewertung von Bauteilen unter konkreten industriellen Lastfällen. Datei-Upload durch TIB In the CHIMERA project, a consortium consisting of a research partner (Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology, IWS) and four industrial partners (Centrotherm Systemtechnik GmbH, LiA Engineering GmbH, GfE Fremat GmbH, TECOSIM GmbH) developed a highly flexible process chain for the functionalization of fibre-reinforced plastic composites (FRP) using metallic layers. The metallization of FRP first involved pre-treatment with a pulsed laser to improve the adhesion of the surface by roughening it. This was followed by thermal spraying to apply the functional coating. The bond was created exclusively by bonding the coating directly to the laser-structured substrate. The technology chain was applied to lightweight housing components for electromagnetic shielding. TECOSIM GmbH's contribution to the project was to use digital prototyping to enable a reliable and solid prediction of the long-term behavior using a virtual, adaptable test bench. For metal-plastic hybrids, the test bench should provide similar information to Wöhler curves for metallic materials, in the form that the permissible stress amplitude is determined for cyclic loads depending on the number of cycles. The main result of the project is a virtual test rig for new hybrid materials made of organic sheet and copper coating for static strength with micro-modeling. Shear strength was identified as a relevant critical parameter for predicting the static strength of coated hybrid components made of different material combinations. The virtual test bench also shows plausible results for long-term strength. This makes the virtual test bench suitable for evaluating components under specific industrial load cases.