LaserDireCt - Laserbasiertes Direktfügen von Thermoplasten mit duroplastischen CFK-Leichtbaustrukturen für den industriellen Einsatz

Abstract

Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen konnten für das laserbasierte Direktfügen Prozess- und Materialgrenzen, für eine schädigungsfreie laserbasierte Erwärmung, von EP-CFK erfolgreich ermittelt werden. Ausschlaggebend hierfür waren sowohl die Auswahl des CFK-Materials, Ausrichtung der C-Fasern sowie die Geschwindigkeit des Erwärmungsprozesses. Zur Bewertung unterschiedlicher Rauigkeiten in Bezug auf die Qualität der herzustellenden Verbindung, wurden Zugscherproben aus CFK und PA6-GF unter Verwendung beider Oberflächenzustände unter variierendem Fügedruck untersucht und festgestellt, dass keine negative Beeinflussung der Verbindungsqualität durch raue Oberflächenstrukturen vorliegt. Sowohl die Verfahrensvariante des Quasi-Simultanen (QS)- als auch die des Konturverfahrens ermöglichen die Bereitstellung einer tragfähigen Verbindung bei vergleichbaren maximalen Festigkeiten. Das Konturverfahren zeigt bei einer Streckenenergie von 2 J/mm bereits vorwiegend kohäsive Versagensanteile und eine hohe Verbindungsqualität. Das QS-Verfahren benötigt hingegen Energien von ca. 4 J/mm, um robuste Verbindungen zu ermöglichen. Das laserbasierte Direktfügen wurde dem state-of-the-art Fügeverfahren Kleben gegenübergestellt, anhand von innerhalb im Konsortium diskutierten relevanten Technologiebewertungskriterien vergleichend analysiert und ein Technologiebewertungsblatt erstellt. Das laserbasierte Direktfügen erreicht eine ähnliche Performance wie etablierte Klebungen im Bereich der Lastübertragung und der mechanischen Performance. Die Stärken der Technologie liegen in den kurzen Prozesszeiten, dem Potential eines hohen Automatisierungsgrades, sowie der Wiederlösbarkeit durch erneutes Aufschmelzen. Herausforderungen verbleiben bei der Anfälligkeit durch Umwelteinflüsse und Fertigungstoleranzen, weshalb weitere Forschung erstrebenswert ist.