CarboLase: efficiënte productie van vezelversterkte kunststof onderdelen
Het Fraunhofer ILT presenteert op JEC World in Parijs het resultaat van het CarboLase project: een nieuwe, op ultrakorte pulslaser techniek gebaseerde oplossing om vezelversterkte kunststof onderdelen sneller te monteren aan andere materialen. Het concept is inmiddels in een robotcel geïntegreerd. Daarnaast toont het laserinstituut hoe de technologie wordt gebruikt voor laserboren van CFRP prefroms en hoe je magnesium met vezelversterkte kunststoffen verbindt.
Het assembleren van vezelversterkte kunststoffen met andere onderdelen vergt normaal een boorgat in het CFK werkstuk, waarin dan een metalen verbindingselement wordt geplaatst. Bijvoorbeeld inserts met inwendige schroefdraad. Deze inserts worden verlijmd. Dit is nogal een tijdrovende werkwijze. De partners in het CarboLase project, onder leiding van Fraunhofer ILT in Aken, hebben een andere oplossing bedacht.
Fraunhofer ILT met nieuwe technologie voor bewerken CFRP naar JEC 2020
Preforms al boren
De verbindingselementen worden al in de voorvormlijn ingebracht. Ze worden dus in de preform geplaatst. Pas daarna hardt het deel uit. Dat kan dan direct gemonteerd worden. Hiermee verkort men de doorlooptijd van dergelijke hybride onderdelen. Het plaatsen van het verbindingselement in de preform moet echter heel precies gebeuren. Hiervoor zet men een ultrakorte pulslaser in, die het gat in het textiel maat. Zodra de preform is samengesteld, snijd de ultrakorte pulslaser de uitsparing.
Geen spiegels in laser
Normaal werken deze lasers met spiegels om de straal te leiden. Daarvoor is de ruimte in de gerobotiseerde cel te beperkt. Daarom is samen met Amphos een nieuw systeem ontwikkeld om de laserstraal in- en uit te koppelen. De verbinding tussen de scanner die aan de robot wordt bevestigd en de laserbron verloopt via een fiber met een holle kern. Het concept is inmiddels getest in een demonstrator, een B-zuil. In verschillende testen functioneert de B-zuil van vezelversterkte kunststoffen, geproduceerd met de nieuwe techniek, beter dan klassiek geproduceerde onderdelen. Ze kunnen tot 50% hogere krachten aan voordat de insert uit het materiaal wordt getrokken. De verbinding tussen de matrixstructuur van het materiaal en de insert is veel sterker. Het Fraunhofer ILT zegt de ultrakorte pulslaser technologie vooral interessant te vinden voor lichtgewicht toepassingen in de luchtvaart- en automobielindustrie.
Hoge eisen
De nieuwe verbindingstechnologie is niet de enige innovatie die het Fraunhofer ILT op JEC 2020 toont. Het laat nog andere lasergebaseerde technieken voor het bewerken van composieten zien en het verbinden van composieten met metaal. “Uiteenlopende materiaaleigenschappen, zoals thermische uitzetting, stellen hoge eisen aan hybride componenten”, zegt Kira van der Straeten, wetenschapper bij de Micro Joining Group van het Fraunhofer ILT. Daarom is samen met onder andere het ISF (las- en verbindingsinstituut) onderzoek gedaan naar het verouderingseffect van deze hybride componenten als ze thermisch verbonden worden. De resultaten duiden erop dat thermisch verbinden voordelen biedt ten opzichte van andere verbindingstechnieken.
Magnesium en kunststof verbinden
Samen met het IKV (Kunststofinstituut) en Industry and Craft is een methode ontwikkeld om magnesium plaatdelen met kunststof onderdelen te verbinden. Hierbij wordt met een fiber laser microstructuren in de magnesium plaat aangebracht. Daarna wordt de plaat in een spuitgietmachine geplaatst. De gesmolten kunststof hecht zich in de microstructuren aan de magnesium plaat. De sterke van de verbinding ligt bijna een factor drie hoger dan die van verlijming.
Robot laserstraal boren
De derde innovatie die het Fraunhofer ILT in Parijs toont, is het boren van CFRP preforms met een laserstraal die door de robot gestuurd wordt. Hiermee kan men efficiënt 3D gevormde producten van vezelversterkt materiaal bewerken. Dit is dezelfde opstelling die ook in het CarboLase project wordt gebruikt.
Let op: JEC World is verplaatst naar 12-14 mei
Van 6 tot 8 mei houdt het Fraunhofer ILT in Aken het lasercongres AKL’20 waar het nog meer nieuwe toepassingen voor laser toont.;
