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Leichtbau

Thermisches Fügen beschleunigt die Kompositfertigung

Verbundwerkstoffe aus Metall und Thermoplast lassen sich künftig in einem thermischen Schmelzverfahren kombinieren. Das könnte vor allem der Leichtbauproduktion deutliche Prozessvorteile bringen.

12.03.2018
Kai Tubessing
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Thermisches Fügen beschleunigt die Kompositfertigung (Foto: Fraunhofer IWS Dresden)

Am Fraunhofer-Institut für Werkstoff und Strahltechnik IWS in Dresden wurde mit dem HeatPressCool-Integrative-Verfahren (HPI) eine neue Möglichkeit zum stoffschlüssigen Fügen von Metall und Thermoplast entwickelt. In industriellen Anwendungsbereichen erlaubt das Verfahren eine Beschleunigung des Produktionsablaufs, da der langwierige Klebeprozess entfällt: Davon könnte insbesondere die Leichtbauindustrie profitieren, wie das Institut in Versuchsreihen mit Organoblechen und metallischen Deckblechen belegen konnte. Außerdem überzeuge das Verfahren durch eine gute Automatisierbarkeit und die Integration in bestehende Industrie-4.0-Umgebungen.

Entscheidend für den Erfolg des Vorgangs ist die Vorbehandlung: Die Metallkomponente wird durch einen Laserabtragprozess mit einer Strukturtiefe von 100 µm und einer Flächenrate von 30 cm2 pro Sekunde vorbereitet und gereinigt, damit die Oberfläche frei von Verschmutzungen ist. Thermoplast und Metall werden in unterschiedlichen Verfahren erwärmt. Im Anschluss kann der geschmolzene Kunststoff leichter in die feinen Strukturen des Metalls eindringen und haftet besser an; mittels Fügezangen werden beide Werkstoffe miteinander verpresst. Bei der Entwicklung der Werkzeuge wurde bereits auf die Kombinierbarkeit mit Robotern geachtet, damit der Fertigungsprozess möglichst zeitgemäße Möglichkeiten zur Prozessautomatisierung bietet. Bisherige Vorgehen zum Fügen unterschiedlicher Komponenten im Leichtbau, etwa der Cold-Metal-Transfer-Prozess (CMT) von Fronius, beschränkten sich vor allem auf die Verbindung unterschiedlicher Metalle wie etwa Stahl und Aluminium.