Leichtbau aus Metall und Faserverbundkunststoffen

Meinolf Droege,

Hybrides Fertigungsverfahren für hybride Bauteile

Wissenschaft und Wirtschaft entwickeln neue Verfahren, um hybride Leichtbauteile aus Metall und Faserverbundkunststoffen in Großserie herzustellen.

Teil eines hybriden Seitenschwellers, lokal funktionalisiert durch laserunterstütztes Tapelegen. © Fraunhofer IPT

Das jetzt von den Fraunhofer-Instituten IPT und ILT gemeinsam mit 14 Partnern aus der Industrie vorgestellte Verfahren kombiniert das Laserstrukturieren mit dem laserunterstütztem Tapelegen. Dafür werden die Metallbauteile zunächst mit dem Laser vorbearbeitet und mit einer eigens entwickelten, definiert rauen Oberflächenstruktur versehen. Durch die Strukturierung lassen sich die Leichtbauelemente, die später zur Verstärkung dienen sollen, mechanisch auf das Stahlbauteil fügen, ohne weitere Mittel zur Verbindung einsetzen zu müssen.

Die Verstärkungen aus thermoplastischem Faserverbundkunststoff, werden anschließend im Tapelege-Verfahren auf das Bauteil gebracht. Dazu erwärmt der Laser die aufgelegten Tapes lokal unmittelbar vor der Fügezone auf dem Metall, sodass das Matrixmaterial schmilzt. Es dringt dadurch in die Oberflächenstrukturen ein und bewirkt, dass die Tapes mit den eingebetteten Fasern auf der aufgerauten Oberfläche des Stahlbauteils haften.

Der Prozess eignet sich laut Institut besonders für die Großserienfertigung, da nach dem Ablegen der thermoplastischen Tapes keine weiteren Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind. Die lokale Erwärmung verringert zudem den Verzug und die Eigenspannungen beim Fügen der Materialien. Weiterer Vorteil: Das Bearbeiten mit dem Laser, hat keinen Werkzeugverschleiß zur Folge und lässt sich reproduzierbar und punktgenau auf dem Metallbauteil einsetzen. Anhand eines hybriden Leichtbau-Seitenschwellers für den Automobilbau haben die Forschungspartner die Verfahrenskombination nach eigenen Angaben auf ihre Tauglichkeit getestet.

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