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Halle 6, Stand 6F85 (Gemeinschaftsstand mit Composites United e.V.)
Video: Funktionalisierung von faserverstärkten Kunststoffverbundwerkstoffen durch Thermisches Spritzen
Am Fraunhofer IWS stehen unterschiedliche Leichtbauthemen im Fokus der Forschung. Das Thermische Spritzen kann zur anwendungsgerechten Funktionalisierung von Faserverbundkunststoffen verwendet werden. Dafür wird eine vom Fraunhofer IWS patentierte Oberflächenvorbereitung für das Thermische Spritzen verwendet.
Vorrausetzung für eine erfolgreiche Beschichtung ist eine ausreichende Rauheit, um die mechanische Verklammerung der schichtbildenden Spritzpartikel zu gewährleisten. Die Fraunhofer IWS Lösung adaptiert die Funktion des Abreißgewebes bei der Herstellung von FVK. Bei der Lamination wird das Abreißgewebe zusammen mit den Fasern vom flüssigen Harz getränkt und verbleibt auf der Bauteiloberfläche. Direkt vor der Beschichtung wird das Abreißgewebe entfernt, so dass keine aufwändige Reinigung der Oberfläche notwendig ist. Die Vorteile gegenüber alternativen Verfahren, wie Sandstrahlen oder mechanische Bearbeitung von Faserverbundkunststoffen, zur Einstellung einer geeigneten Oberflächenrauheit sind:
Ein Bespiel zeigt die Funktionalisierung eines Winglets für Segelflugzeuge mit einem keramischen Heizschichtsystems, bestehend aus einem Aluminium Bond coat, einer Aluminium-Titanoxid-Isolationsschicht, einer vollflächigen Titansuboxid-Heizschicht und Kupferkontaktschichten zur elektrischen Kontaktierung. Alle Schichten wurden mittels Plasmaspritzen hergestellt.
Im Zuge des stetig zunehmenden Einsatzes leichter Werkstoffe und Bauweisen sowie immer weiterer Miniaturisierung wachsen die Anforderungen an die Fügetechnologien. Neben leichten Metallen und Verbundwerkstoffen wird vor allem in der Kunststoffindustrie ein großes Potenzial zur Gewichtseinsparung gesehen. Dabei müssen nicht nur Verbindungen von Kunststoffen untereinander, sondern auch Hybridverbindungen mit Werkstoffen aus anderen Klassen hergestellt werden.
Der Einsatz von sogenannten reaktiven Multischichtsystemen (RMS) als Wärmequelle zum Verbinden thermoplastischer Kunststoffe untereinander und zum Teil auch mit Metallen gestattet es, die Grenzen herkömmlicher Fügeverfahren, wie Kleben und Schweißen, ganz oder teilweise zu überwinden. Die RMS dienen dabei als interne Wärmequellen, die für den Anwendungsfall „maßgeschneidert“ werden können, um schädigungsarme Verbindungen in sehr kurzen Prozesszeiten herzustellen. Durch die innerhalb von Millisekunden direkt an der Fügestelle ablaufende und an die Kunststoffeigenschaften angepasste Energiefreisetzung werden unerwünschte Veränderungen der Werkstoffstruktur vermieden. Es werden Verbindungsfestigkeiten erreicht, die mit denen kommerziell eingesetzter Fügeverfahren vergleichbar sind und teilweise auch höher liegen, wobei ein besonderer Vorteil darin besteht, dass keine aufwändigen Vor- und Nachbehandlungen erforderlich sind. Zudem erreichen RMS gefügte thermoplastische Kunststoffverbindungen eine hohe Langzeitstabilität.
Neben der beschriebenen Anpassung der RMS-Verbindungstechnologie für das Kunststofffügen, ist die Anwendbarkeit des Verfahrens für Verbindungen von Keramiken, Metallen, Glas und Silizium am Fraunhofer IWS Dresden bereits demonstriert worden. Von besonderem Interesse für industrielle Anwendungen ist die Herstellung von Verbindungen zwischen Metallen und Kunststoffen. Mit der RMS-Technologie sind beim gegenwärtigen Entwicklungsstand feste Metall-Kunststoff-Verbindungen herstellbar, wenn eine Vorbehand-lung der Metalloberfläche erfolgt.
Der Laser kann faserverstärkte Werkstoffe mit minimalen Wärmeeinflussbereichen trennen. Ein schnelles Spiegelsystem auf der Basis von Galvanometerscannern wird verwendet, um den Laserstrahl schnell auf das Material zu projizieren. Die hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit garantiert kurze Wechselwirkungszeiten zwischen Material und Strahl, Werkzeugverschleiß und Strukturschäden werden so verhindert.
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS