Flugzeugteile per Laser bohren

Verbundwerkstoffe, wie beispielsweise kohlenstoff­faser­ver­stärkte Kunst­stoffe CFK, besitzen ein hohes Leicht­bau­poten­zial und werden daher bereits in großem Umfang in der Luft­fahrt einge­setzt. Solche Mate­ri­alien be­sitzen zwar heraus­ragende Eigen­schaften, wie ein geringes Gewicht bei gleich­zeitig hoher Stabi­lität, sind aber nur mit hohem Aufwand zu bear­beiten. Mecha­nische Ver­fahren bringen hierbei einen hohen Werk­zeug­ver­schleiß und daraus resul­tie­rende Quali­täts­probleme mit sich. Vier Unter­nehmen und das Laser-Zentrum Hannover haben sich in einem neuen Verbund­projekt das Ziel gesetzt, das Laser­bohren von Verbund­werk­stoffen für den Serien­ein­satz in der Luft­fahrt­indus­trie weiter­zu­ent­wickeln. Im Mittel­punkt steht dabei der Auf­bau von effi­zienter und an die Erfor­der­nisse der Luft­fahrt ange­passter An­lagen- und Prozess­technik. Das Projekt wird vom Bundes­minis­terium für Bildung und For­schung im Rahmen der Förder­initia­tive „KMU-inno­vativ: Photonik“ für eine Lauf­zeit von drei Jahren ge­fördert.

Insbesondere für die Luftfahrt besitzt das Bohren von CFK ein außer­ordent­liches Markt­poten­zial. Stei­gende Stück­zahlen bei den Flug­zeug­her­stel­lern sowie die hohe Anzahl an Boh­rungen für Niet- und Schraub­verbin­dungen erfor­dern zuver­läs­sige, schnelle und kosten­günstige Pro­zesse, um im inter­natio­nalen Wett­bewerb zu bestehen. Hier bietet sich das Laser­strahl­bohren als Alter­native an. Im Projekt LABOKOMP – Laser­strahl­bohren von Kompo­sit­werk­stoffen für Luft­fahrt­anwen­dungen – konzen­trieren sich die Projekt­partner auf die Ent­wick­lung ange­passter Bear­bei­tungs­strate­gien unter Verwen­dung einer neuen hoch­ge­pulsten Laser­strahl­quelle.

Um den Prozess industrietauglich zu gestalten, soll den Anwen­dern auch eine maß­geschnei­derte System-, Hand­habungs- und Über­wachungs­technik zur Ver­fügung stehen. Nur so können die hoch­präzise und dyna­mische Hand­habung sowie die Bear­beitung hoch­quali­ta­tiver Serien­bau­teile ge­lingen.

Die Unternehmen INVENT, KMS Technology Center, TRUMPF und Premium Aero­tec entwickeln in dem Projekt auto­mati­sierte Spann- und Posi­tionier­systeme, in die unter anderem eine Schwin­gungs­erken­nung und -dämpfung inte­griert wird. Anders als bei vielen konven­tio­nellen Trenn­ver­fahren kann hier eine einzige Spann­vor­rich­tung für alle Bau­teil­vari­anten einge­setzt werden. Um einen ganz­heit­lichen Gesamt­prozess zu er­rei­chen, werden zudem die Zu- und Ab­fuhr von Prozess­gasen und Emis­sionen sowie die Kühlung der Werk­stücke opti­miert.

Untersuchungen und Werkstoffprüfungen mit dem Ziel, die ther­mische Belas­tung von laser­ge­bohrten CFK-Bau­teilen zu mini­mieren und gleich­zeitig mittels maß­ge­schnei­derter Prozess­führung die Effi­zienz zu steigern, bilden die Arbeits­schwer­punkte der LZH-Experten aus der Gruppe Verbundwerk­stoffe in der Abtei­lung Pro­duk­tions- und System­technik. Neben der Ferti­gung von Klein­bau­teilen in großen Stück­zahlen soll die neu­artige Pro­zess­strategie zukünftig auch auf die Montage von Groß­struk­turen über­tragen werden.

LZH / RK