BMBF – 13N12902

Gepulste, wellenlängenkonvertierte Faserlaser für die Oberflächenmodifikation und Prüfung von Leichtbauwerkstoffen – GEWOL

Arbeitsgruppe:Faserverbundtechnologie
Ansprechpartner:Stefan KrelingTelefon:+49 (0)531 391 - 95507
Projektträger:BMBF – 13N12902
Laufzeit:01.03.2014bis 28.02.017

Projektpartner

  • Audi AG 
  • Laserline GmbH
  • Clean Lasersysteme 
  • SIOS Meßtechnik GmbH
  • SONOTEC Ultraschallsensorik GmbH
  • InfraTec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik 
  • Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Beschreibung

Fertigungs- und Prüfverfahren für den Einsatz faserverstärkter Kunststoffe für den Leichtbau in der Automobilindustrie

Im Zuge der Bestrebungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen spielt die Verwendung von leichten und steifen Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) eine erhebliche Rolle. Dies gilt insbesondere für elektrisch betriebene Fahrzeuge, da das durch die Batterien entstehende Gewicht durch Einsparungen in der Karosserie kompensiert werden muss. Diese Werkstoffe lassen sich jedoch nicht mit in der klassischen Metallbauweise eingesetzten Fügetechniken verbinden, bzw. weisen diese erhebliche Nachteile auf, die das Leichtbaupotential verringern. Eine mögliche Lösung besteht im Einsatz des Klebens als Fügetechnik für diese Werkstoffe. Jedoch müssen, um die Beständigkeit der Verbindung sicherzustellen sowohl Verfahren zur Vorbehandlung der Oberfläche sowie zur zerstörungsfreien Prüfung der geklebten Verbindung entwickelt werden. Diese Verfahren stellen im aktuellen Stand der Technik eine erhebliche Herausforderung dar. Weder zur Vorbehandlung noch zur zerstörungsfreien Prüfung existieren derzeit Prozesse bzw. Verfahren, die den hohen Anforderungen einer automobilen Serienfertigung bzgl. Reproduzierbarkeit, Prozessgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit entsprechen.

Laserentschichtung für die Klebevorbereitung und Laser basierte Ultraschallprüfung und Thermografie faserverstärkter Kunststoffe

Ziel des Projektkonsortiums ist es den genannten Herausforderungen durch den Einsatz von Laserstrahlung mit Prozess-angepasster Wellenlänge zu begegnen. Dieser Ansatz ermöglicht es zwei wesentliche Vorteile zu verbinden: die kostengünstige Verfügbarkeit sehr robuster und zuverlässiger Festkörperlaserquellen, deren Strahlung mit geringem Verlust durch optische Fasern geführt, und die somit gut in automatisierten Prozessen verwendet werden kann. Die Nutzung der Frequenzkonversion direkt am Bearbeitungskopf ermöglicht es dann, den zweiten wesentlichen Vorteil, die hohe Absorption des Matrixmaterials des FVK im UV oder IR-B Bereich auszunutzen. Diese ist wesentlich für das Abtragergebnis bei der Laservorbehandlung sowie die zur zerstörungsfreien Prüfung notwendige Energieeinkopplung. Diese Vorteile können nur genutzt werden, wenn es im Projekt gelingt neue Multimode-Faserlaser im Leistungsbereich von mehreren kW, sowie entsprechend effiziente Module zur Frequenzkonvertierung zu entwickeln, und diese in enger Zusammenarbeit mit den Anwendern der Technologie hinsichtlich der Oberflächenvorbehandlung und der Anregung zur zerstörungsfreien Prüfung zu optimieren.

Gegenüber derzeit eingesetzten Verfahren zur Klebvorbehandlung wie z.B. dem Schleifen weist die Laserbearbeitung erhebliche Vorteile auf. Durch die berührungslose Bearbeitung ist der Prozess verschleißfrei und es erfolgt keine Beeinflussung des Abtrags durch den Anpressdruck, die Abtragprodukte werden durch die hohe Laserenergie verdampft und können abgesaugt werden, so dass keine Nachreinigung notwendig ist. Zudem ist der Prozess durch die Möglichkeit den Laser durch eine optische Faser zu führen gut automatisierbar, da der Applikationskopf mit geringem Aufwand an einem Roboter montiert werden kann.

Die Ergebnisse des Projektes können direkt bei der Audi AG zur Klebvorbehandlung und zerstörungsfreien Prüfung von Klebverbindungen eingesetzt werden. Für die Hersteller der Laser-, Prüf- und Anlagentechnik (Laserline, cleanLaser, SONOTEC, InfraTec) bietet sich durch das Projekt die Möglichkeit einen Wettbewerbsvorteil gegenüber Konkurrenten zu erarbeiten und somit den Absatz der eigenen Produkte zu steigern.

Förderhinweis

Das Vorhaben „Gepulste, wellenlängenkonvertierte Faserlaser für die Oberflächenmodifikation und Prüfung von Leichtbauwerkstoffen – GEWOL“ mit dem Förderkennzeichen 13N12902 wird im Rahmen der Förderinitiative: „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert

Kontakt

Technische Universität Braunschweig
Institut für Füge- und Schweißtechnik

Langer Kamp 8
38106 Braunschweig

Tel: 0531 391 - 95501
Fax: 0531 391 - 95599

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