Multi-Wellenlängen Laser-Mikrobearbeitungsstation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der Forschungstätigkeiten des Instituts für Füge- und Schweißtechnik (ifs) wurde in den letzten Jahren und wird auch weiterhin die Laserstrahlung als Werkzeug eingesetzt. Die durchgeführten als auch noch durchzuführenden Tätigkeiten lassen sich grob in drei Hauptbereiche unterteilen. Dies sind zum einen die Verbesserung der Haftung vor dem Fügen, zum anderen die Laserkonfektionierung von Elektrodenfolien und des Weiteren die Herstellung von Schäftungen zur Reparatur von CFK-Strukturen. In all diesen Forschungsbereichen konnte eine firmenunabhängige Forschung durch das geförderte Großgerät (Multi-Wellenlängen Laser-Mikrobearbeitungsstation = MuWeLa) ermöglicht werden. Im Bereich der Haftungsverbesserung muss zwischen der Bearbeitung von Faserverbundkunststoffen und von Metallen unterschieden werden. Im Bereich der Faserverbundkunststoffe ist das Ziel eine Trennstoffkontamination zu entfernen, um anschließend eine gute Haftung des Klebstoffs auf den vorbehandelten Flächen zu garantieren. Aufgrund des Absorptionsspektrums der Matrices eignen sich hier insbesondere UV- und CO2-Laserquellen, so dass diese auch in verschiedenen Untersuchungen eingesetzt wurden. Durch diese Klebvorbehandlung konnten die Verbindungsfestigkeiten materialspezifisch zum Teil signifikant gesteigert werden. Die Verbesserung der Verbundfestigkeit auf Metallen erfolgt zu großen Teilen durch eine Strukturierung der Oberfläche. Hierfür kam in den Untersuchungen überwiegend der beschaffte IR-Faserlaser zum Einsatz. Auf Basis der Vorbehandlung der metallischen Fügeteile konnten auch hier signifikante Verbesserungen der Verbindungsfestigkeit sowohl von Klebverbindungen (vor allem mit Magnesium als Fügeteilmaterial) als auch direktgefügten Verbindungen (bestehen aus Stahl und thermoplastischen FVK) erreicht werden. Die Prozesskette zum Reparieren von CFK-Strukturen und somit auch das Herstellen von Schäftungen mittels Laserstrahlung wurde seitens des ifs in einem Forschungsprojekt untersucht. Hier konnten insbesondere mit der UV-Laserquelle sehr positive Ergebnisse erreicht werden, da aufgrund der Laser- Material-Wechselwirkung ein verhältnismäßig sensitiver Abtragsprozess möglich ist. Im dritten Einsatzbereich des beschafften Großgeräts (dem Vereinzeln von Elektrodenfolien in der Prozesskette der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien) wurde insbesondere auf die IR-Laserquelle zurückgegriffen. Aufgrund des Beschichtungsmaterials (stark kohlenstoffhaltig) ist hier für nahezu alle Wellenlängen eine gute Absorption gegeben, so dass hier die Vorteile des Faserlasers (insbesondere die Robustheit) genutzt werden konnten. Allerdings wurde beim Vereinzeln von beschichteten Kupferfolien auch auf die „grüne“ Laserquelle zurückgegriffen. Im Vergleich mit konventionellen Stanzprozessen konnte nachgewiesen werden, dass mit den beschafften Lasern ein vergleichbares Schnittbild bei bedeutend höherer Standzeit erreicht werden kann. Somit ist grundlegend festzuhalten, dass das Großgerät MuWeLa intensiv in der Forschung des Instituts für Füge- und Schweißtechnik eingesetzt wurde bzw. wird und sehr positive Ergebnisse damit erreicht wurden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Klebvorbehandlung von Faserverbundwerkstoffen. In: DVS-Berichte Band 315
Blass, D, Kreling S, Fischer F, Dilger K
- Fügetechnik für die integrierte Produktion hybrider Leichtbaustrukturen, in: Lightweight Design, Ausgabe 3/2016
Lippky K, Kreling S, Dilger K
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s35725-016-0019-7) - Comparison of UV-to M-IR laser for surface pre-treatment based on the ILSS-test. Tagungsunterlagen WLT, Lasers in Manufacturing Conference 2015
Blass, D, Kreling S, Dilger K
- Laser Material Machining of CFRP - an Option for Damage Free and Flexible CFRP Processing? In: Machinability of Fibre-Reinforced Plastics. Herausgeber: v. Davim, J. Paulo. ISBN 978-3-11-029225-1
Fischer F, Kreling S, Blass D, Staehr R, Bluemel S, Jaeschke P, K. Dilger K
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/9783110292251-002) - The influences of pulse overlap on cut quality during fiber laser cutting of electrodes for Lithium-ion batteries. Tagungsunterlagen WLT, Lasers in Manufacturing Conference 2015
Reincke T, Kreling S, Dilger K
- CFRP bonding pre-treatment with laser radiation of 3 μm wavelength: Laser/material interaction. Proceedings SPIE 9736 : Laser-based Microand Nanoprocessing X, 973614, 04.03.2016, San Francisco (California, USA)
Blass, D. ; Kreling, S. ; Nyga, S. ; Westphalen, T. ; Jungbluth, B. ; Hoffmann, H.-D. ; Dilger, K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/12.2209514) - Laser pretreatment of contaminated surfaces for fusion bonding processes. SAMPE Long Beach 2016. Long Beach Convention Center / Long Beach, California, May 23-26, 2016, p. 398-408, 2016
Lippky K, Weimer J, Schnurr R, Beuscher J, Kreling S, Dröder K, Dilger K
- Remote laser beam cutting of Battery foil : Investigation of influence parameters on the quality characteristics of the cutting edge. Batterietagung 2016, Kraftwerk Batterie, 26.– 27.04.2016, Münster, 2016
Jansen, T. ; Kreling, S. ; Schilcher, C. ; Dilger, K.
- Duroplastische CFK mit dem Laser vorbehandeln. In: Adhäsion Kleben & Dichten, 61 (3); Wiesbaden : Springer Fachmedien, 2017: S. 42–46. – ISSN: 1619-1919
Kreling, S. ; Blass, D. ; Dilger, K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s35145-017-0009-7) - Prozessintegrierte Fügetechnologie zur Herstellung von FVK-Metall Bauteilen. In: Clausthaler Zentrum für Materialtechnik [Hrsg.]: Tagungsband : 2. Niedersächsisches Symposium Materialtechnik, 23.– 24.02.2017, Clausthal-Zellerfeld. Aachen : Shaker Verlag, 2017: S. 247–257. – ISBN: 978-3-8440-5069-1
Lippky, K. ; Kreling, S. ; Dilger, K.
