Multimaterial-Karosserie durch Niedrigtemperaturlöten laserstrukturierter und metallisch beschichteter Faser-Kunststoff-Verbunde (MuMaK)

1. Anwendungsbeispiel (Karosserie-Knoten) mit Querschnitt, Metallrohr auf die Beschichtung angelötet; 2. Querschnitt besteht aus (von unten nach oben): laserstrukturiertes FKV, Metallbeschichtung, Lot, Metallrohr)
© Fraunhofer IWS Dresden
1. Anwendungsbeispiel (Karosserie-Knoten) mit Querschnitt, Metallrohr auf die Beschichtung angelötet; 2. Querschnitt besteht aus (von unten nach oben): laserstrukturiertes FKV, Metallbeschichtung, Lot, Metallrohr)

Am 01.04.2019 startete das Gemeinschaftsprojekt mit dem Ziel eine neue Fügetechnologie für noch leichtere und belastbarere Fahrzeugkarosserien zu entwickeln. Es werden technologische Lösungen zum hochfesten und dauerhaften Verbinden von faserverstärkten Kunststoffen und Metallkomponenten erarbeitet.

Kurzbeschreibung

Oberflächenvorbehandlung des FKV (Faser-Kunststoff-Verbundes) mit gepulster Laserstrahlung
© Fraunhofer IWS Dresden
Oberflächenvorbehandlung des FKV (Faser-Kunststoff-Verbundes) mit gepulster Laserstrahlung
Thermisches Spritzen zum Applizieren einer Metallbeschichtung
© Fraunhofer IWS Dresden
Thermisches Spritzen zum Applizieren einer Metallbeschichtung
Maskenfrei beschichtete FKV-Platte
© Fraunhofer IWS Dresden
Maskenfrei beschichtete FKV-Platte

Das Ziel des Teilvorhabens des Fraunhofer IWS besteht in der Prozessentwicklung zur Laserstrukturierung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV). Durch diese Oberflächenvorbehandlung wird eine optimale Anbindung der anschließend generierten metallischen Spritzschicht erreicht. Dies schafft die notwendigen Voraussetzungen für das abschließende Fügen von FKV- und Metallkomponenten mit einem Lötverfahren.

Innerhalb des geplanten Forschungsvorhabens sollen laservorstrukturierte Faserverbundwerkstoffe durch Thermisches Beschichten mit metallischen Schichten oberflächenfunktionalisiert werden. Aus der Möglichkeit, fest haftende Schichten auf kerbfreien Substraten thermisch abzuscheiden, ergibt sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten – auch über das im Vorhaben adressierte Fügeverfahren hinaus. Beispielsweise können kunststoffbasierte Bauteile oberflächig mit metallischen Eigenschaften versehen werden um Verschleißbeständigkeit, Medienresistenz oder elektrische Leitfähigkeit zu steigern. Durch anschließende Fügeverfahren wird es möglich, metallisierte Leichtbaustrukturen (FKV-Basis) stoffschlüssig mit Metallkomponenten zu verbinden.

Die Laser-Oberflächenvorbehandlung bzw. Funktionalisierung kann sowohl lokal als auch großflächig umgesetzt werden. Für die wirtschaftliche Bearbeitung großer Flächen ist ein Aufskalieren des Strukturierungsprozesses notwendig. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll deshalb mittels diffraktiver optischer Elemente (DOE) eine Parallelisierung des Prozesses realisiert und dadurch die Bearbeitungsdauer signifikant gesenkt werden.