Leicht unterwegs
BMBF-Verbundprojekt erforscht CFK-Laserbearbeitungsprozesse für die Serienfertigung in der Automobilbranche.
Fahrzeugmodelle wie der BMW i3 oder der Volkswagen XL1 zeigen deutlich, dass die Reduktion des Fahrzeuggewichts bei der Konstruktion zukünftiger Autos eine zentrale Rolle einnehmen wird. Egal ob mit Strom oder Benzin betrieben, je leichter das Fahrzeug, desto effizienter lässt sich die eingesetzte Energie nutzen. Gleichzeitig muss die Sicherheit hoch sein. Hochfeste und sehr leichte Carbon-Faserverstärkte Kunststoffe sind daher im Auto der Zukunft wohl ein wichtiger Baustoff. Derzeit ist die Verarbeitung dieser Materialien jedoch noch sehr teuer und die Fertigung solcher Autos erfolgt in manufakturartiger Kleinserienfertigung.
Abb.: Lichtmikroskopisch analysierte Querschliffe lasergetrennter CFK-Werkstoffe mit PPS-Matrix. (Bild:TLS / LZH)
Um die Grundlagen für eine zukünftige Serienfertigung solcher Leichtbaustrukturen zu schaffen, findet im Rahmen des nun gestarteten Projekts HoLQueSt 3D Forschung zu laserbasierten Prozess- und Anlagentechnologien für die kostengünstige Herstellung und Reparatur von CFK-Bauteilen im Automobilsektor statt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert den Verbund mit seinen insgesamt sieben Partnern aus Unternehmen und Instituten unter Koordination der Volkswagen AG.
Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer automatisierten, prozesssicheren 3D-Lasermaterialbearbeitung, die es erlaubt, CFK mit hoher Geschwindigkeit schädigungsarm zu bearbeiten. Da die Kohlenstofffasern selbst und der die Faser umgebende Kunststoff stark unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, kann es bei Wechselwirkung mit der Laserstrahlung zu starker Wärmeentwicklung kommen, die zu Schädigungen der Bauteile in der Bearbeitungszone führt. Gepulste Hochleistungslaser mit Pulsdauern im Nanosekundenbereich sollen dies verhindern. Neuartige, produktive, robuste und werkstoffangepasste Laserstrahlquellen, die für einen schnellen Strahlvorschub an 3D-Scannersysteme angepasst werden, sind ein Ziel des Verbundes. Systematische Untersuchungen zum kurzgepulsten 2D- und 3D-Laserschneiden und -abtragen an ausgewählten industriellen CFK-Werkstoffen bilden die Voraussetzung für den Aufbau einer bauteilangepassten Prozesssteuerung sowie einer automatisierten Prozessbeobachtung als Grundlage einer industriellen Qualitätssicherung.
Das Projekt ist Teil der Fördermaßnahme „Photonische Verfahren und Werkzeuge für den ressourceneffizienten Leichtbau“ im Rahmen des Programms „Photonik Forschung Deutschland”. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) will damit bestehende Hemmnisse bei der breiten Einführung von Leichtbaumaterialien in die Großserienfertigung überwinden.
VDI / CT
