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Neues Verfahren: Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff mit Laser stabil verschmelzen

Zur vollautomatischen Herstellung faserverstärkter thermoplastischer Kunststoffe haben Forscher des Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ein neues Verfahren entwickelt. Dieses Verfahren, das auf dem Einsatz von Laserlicht basiert, zeigen die Wissenschaftler bei der JEC Composites Show 2010 vom 13. April bis zum 15. April in Paris. Denn dieses Verfahren bedeutet eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses. Während der Produktion müssen weder Matten, Harz, noch Formen oder Vakuum eingesetzt werden.

Das Verfahren funktioniert laut Institut folgendermaßen: Die Kohlefasern sind in kilometerlange Kunststoffbänder aus aufschmelzbarem Thermoplast integriert. Diese Bänder sind trotz ihres geringen Gewichts überdurchschnittlich belastbar - die Ingenieure messen und bewerten hier die Schlag-, Zug- und Rissfestigkeiten. Um aus den Tapes stabile Bauteile zu fertigen, werden mehrere Bandlagen aufeinander gestapelt, kurz vor dem Ablegen mit dem Laser angeschmolzen und dann zu einer kompakten Struktur zusammengepresst. Auf diese Weise verschmelzen die Bänder miteinander und kühlen, weil der Laser die Energie zielgerichtet und wohldosiert an das Material abgibt, auch schnell wieder aus. Energie- und Zeitaufwand wird so minimiert. Verglichen mit bisherigen Fertigungsverfahren, berichtet das Fraunhofer Institut - beispielsweise dem Fügen von Bändern mit Heißluft - ist die Qualität sogar besser. Die Nachfrage der Industrie nach dem neuen Verfahren sei daher schon jetzt, noch während der Prototypenphase, hoch.

Mit Laserstrahlen können die Ingenieure sogar Bauteile zusammenkleben: Auf der JEC in Paris präsentieren die Fraunhofer-Forscher eine neue Fügetechnik für glas- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe. "Alles was wir dazu brauchen, ist ein Laser, der infrarotes Licht aussendet", erklärt Wolfgang Knapp vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie ILT. "Das infrarote Laserlicht schmilzt die Oberfläche der Kunststoffteile auf. Wenn man sie zusammenpresst, solange sie noch flüssig sind und sie dann aushärten lässt, entsteht eine äußerst stabile Verbindung." Selbst kompliziert geformte und sperrige Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff lassen sich so stabil verschmelzen, dass sie den hohen Anforderungen genügen, die Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie stellen.

Die Möglichkeiten, Laser in der Herstellung und Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen einzusetzen, sind vielfältiger: "Die neuen Fügetechniken eignen sich für alle thermoplastischen Materialien, die starken Beanspruchungen ausgesetzt sind", resümiert Knapp, der den Fraunhofer-Gemeinschaftsstand koordiniert. "Weil Faserverbundwerkstoffe nicht nur stabil sind, sondern auch leicht, sparen sie Energie bei jeder Art von Beschleunigung." Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte