remocut®FRP – Laserbearbeitung von faserverstärkten Polymeren

Automatisierbar, produktiv, verschleißfrei, flexibel, selektiv

Aufgabe

remocut®FRP - Schneidbeispiele, Glasfaser-Polypropylen, 1 - 4 mm
© Fraunhofer IWS Dresden
remocut®FRP - Schneidbeispiele, Glasfaser-Polypropylen, 1 - 4 mm

Leichtbaustrukturen, bestehend aus hochfesten Faserverbundmaterialien in Kombination mit speziell ausgelegten Bauteilgeometrien, können die weltweiten Anforderungen in Richtung energieeinsparender Produkte erfüllen. Um die Kosten für diese Strukturen zu senken, wird an verbesserten Herstelltechnologien für Fasern gearbeitet, der Nutzungsgrad des Fasermaterials wird durch die Gestaltung von “near-net-shape“ Bauteilen positiv beeinflusst und die Prozessketten zur Teilefertigung werden optimiert. Dafür sind flexible und einfach automatisierbare Fertigungsverfahren erforderlich.

Laserbearbeitung

Schnittfuge eines Carbonfaser-verstärkten Duromers (Querschliff)
© Fraunhofer IWS Dresden
Schnittfuge eines Carbonfaser-verstärkten Duromers (Querschliff)
Isogrid structure, laser trimmed
© Fraunhofer IWS Dresden
Isogrid structure, laser trimmed

Der Laser als ein präzises und verschleißfreies Werkzeug zeichnet sich durch hohe Flexibilität und Automatisierbarkeit aus. Beim Schneiden von Metallen ist er vom weltweiten Fertigungsmarkt nicht mehr wegzudenken. Jedoch führt das Trennen von thermisch empfindlichen Faserverbundwerkstoffen zu unakzeptablen Schnittqualitäten. Der Grund dafür sind die unterschiedlichen Verdampfungstemperaturen der Fasern sowie des Matrixmaterials und der generell starke Wärmeeintrag. Hierbei eröffnet die Remote-Technologie neue Perspektiven.

Lösungsansatz

Prinzip der high-speed-Strahlablenkung
© Fraunhofer IWS Dresden
Prinzip der high-speed-Strahlablenkung

Die am Fraunhofer IWS Dresden entwickelte Technologie „remocut®FRP“ (Fiber Reinforced Polymer) ermöglicht das Abtragen und Trennen von Hochleistungs- Faserverbundmaterialien mit geringsten Wärmeeinflusszonen. Ein System schnell verkippbarer Spiegel, die durch Galvanometerscanner-Antriebe bewegt werden, projiziert den fokussierten Laserstrahl auf das zu bearbeitende Material. Die Bewegung des Laserstrahles erfolgt auch bei hohen Spotgeschwindigkeiten sehr präzise. Die hohe Dynamik ermöglicht sehr kurze Wechselwirkungszeiten zwischen Laserstrahl und zu verdampfendem Werkstoff. Durch den Einsatz von Hochleistungslasern und einer optimierten Prozessführung können Laserschnitte mit hohem Aspektverhältnis innerhalb des Scanner-Arbeitsfeldes erzielt werden.

Um komplexe Bauteile präzise zu bearbeiten, ist ein koaxial angeordnetes Kamerasystem integriert. Mit ihm können die Bauteillage und Konturgröße innerhalb des Scannerarbeitsfeldes und direkt vor der Bearbeitung ermittelt werden. Die applikationsangepasste Software ermittelt dann die Abweichungen zwischen der programmierten und der realen Bewegungsbahn und passt die Steuerbefehle für das Remotesystem an. Dadurch ist eine flexible und hochgenaue Bearbeitung möglich.