Verbundwerkstoffe
Die Materialgruppe der faserverstärkten Werkstoffe (Composites) sind dank ihrer besonderen Materialeigenschaften, wie Beständigkeit und Steifigkeit bei vergleichsweise geringer Dichte, aus der Luftfahrt- und Automobilindustrie aber auch aus der Sportartikelproduktion und dem Windkraftanlagenbau nicht mehr wegzudenken. Vielmehr gewinnen Composites durch stetige Weiterentwicklungen sowohl der diskreten Materialien und Materialkombinationen als auch der Herstellungsprozesse von immer komplexeren Bauteilen weiter an Bedeutung und es eröffnen sich nahezu täglich neue Einsatzgebiete. Zeitgleich zeigen sich mit zunehmender Verbreitung der Composites auch die Schwierigkeiten bei deren Weiterverarbeitung. So muss zum einen die stark abrasive Wirkung der Kohlenstofffaser erwähnt werden, die die Kosten der klassischen spanenden Behandlungsmethoden (wie Bohren, Fräsen) durch den starken Verschleiß an den Bearbeitungswerkzeugen erhöht und die Einsatzmöglichkeit einschränkt. Zum anderen werden bei spanenden Verfahren große Kräfte auf die Bauteile ausgeübt. Dieses kann auf der einen Seite zu Materialschädigungen (wie Delamination, Bruch) führen. Auf der anderen Seite machen die auftretenden Kräfte eine komplexe Bauteilfixierung erforderlich.
Am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) als einem der führenden Institute im Bereich der Laserbearbeitung von faserverstärkten Werkstoffen werden laserbasierte Bearbeitungsprozesse und -systeme entwickelt, um den oben erwähnten Herausforderungen zu begegnen. Die große Anzahl unterschiedlicher Laserquellen am LZH ermöglicht in diesem Zusammenhang die optimale Anpassung der Laserquelle (wie gepulste oder cw-Lasersysteme; Wellenlängen von λ = 193nm bis 10,6µm) an die Materialeigenschaften (wie Absorptionsverhalten und Art der Matrix; Fasermaterial) des Composites.
Laserbasierten Verfahren zur Materialbearbeitung von Compositen mit den Vorteilen des verschleißfreien und kräftefreien Bearbeitens werden am LZH bereits erfolgreich in folgenden Bereichen angewendet:
- Schneiden/Trimmen
- Beschriften
- Bohren (Ø > 25µm)
- Oberflächenaktivierung/-reinigung
- 3D-Strukturierung
- Schweißen
Die Arbeitsgruppe Verbundwerkstoffe arbeitet eng sowohl mit Partnern aus der Industrie als auch mit Partnern in öffentlich geförderten Projekten (national und international) zusammen. Dabei werden bekannte laserbasierte Prozesse weiterentwickelt und neue Verfahren und Anwendungsfelder erforscht, wie:
- neuartige, innovative Reparaturkonzepte
- Minimierung der Wärmeeinflusszone (WEZ) bei Laserschneidprozessen
- Lasertransmissionsschweißen von faserverstärktenThermoplasten
- „insitu“ Schnittkantenversiegelung bei high-power Laserschneidprozessen