HyBriLight

Werkstoffangepasste Prozesskette zum kosteneffizienten Hybridleichtbau mit hochproduktiven Lasersystemen – HyBriLight

Metal meets CFK – für jede Belastung das richtige Material

Leichtbau im Fahrzeug- und Transportwesen bedeutet in der mobilen Welt geringeren Kraftstoffverbrauch und höhere Reichweite und ist somit eine der wesentlichen Voraussetzungen für nachhaltige Energieeffizienz und Umweltschutz. Weltweit ist die Nachfrage nach Leichtbau-Komponenten in den letzten Jahren stark gestiegen. Klassische Leichtbaumaterialien sind neben Aluminium, hochfesten Stählen, Magnesium und Titan vor allem faserverstärkte Kunststoffe (FVK). Diese bestehen aus einer organischen Matrix, die entweder mit Kohlenstofffasern (CFK) oder mit Glasfasern (GFK) verstärkt ist.

Derzeit ist die Herstellung dieser Bauteile mit langen Zykluszeiten und einem geringen Automatisierungsgrad verbunden, was zu hohen Fertigungskosten führt und damit dem Einsatz von FVK im Massenmarkt im Wege steht. Durch die Kombination faserverstärkter Kunststoffe mit metallischen Bauteilen kann das Bauteilgewicht deutlich reduziert werden, ohne die Kosten für die Fertigung exorbitant zu steigern. Das Fügen von FVK und Metall in prozessfähiger und wiederholbarer Qualität ermöglicht vollkommen neue Möglichkeiten für den Leichtbau. Diese wiederum helfen, die Prozesszeiten signifikant zu verkürzen und Bauteileigenschaften zu verbessern.

Das BMBF-geförderte Verbundprojekt „HyBriLight“ hat es sich daher zum Ziel gesetzt neue Prozesstechniken für die Klebeflächenvorbehandlung, das Fügen thermoplastischer Kunststoff-Metall-Verbünde und das Trennen von FVK-Materialien für eine lastangepasste Bauteilgestaltung mit einem Minimum an Werkstoffbeeinflussung und einem Maximum an Bearbeitungsgeschwindigkeit auf der Basis innovativer Laserquellen zu erarbeiten.

Innovative Laserquellen übernehmen neue Aufgaben im Leichtbau

Um die gesteckten Ziele zu erreichen, setzt das Projektteam auf neue technologische Ansätze zur Herstellung von Leichtbau-Komponenten sowohl für den Automotive-Bereich als auch für die Luft- und Raumfahrt. Dabei werden die einzelnen Prozessschritte übergreifend betrachtet, von der Planung über die Entwicklung des Schneidens, der Klebflächenvorbehandlung und des Verbindens bis hin zur Umsetzung anhand von umsetzungsnahen Demonstratorbauteilen.

Durch den Einsatz von innovativen Laserstrahlquellen und deren Anpassung an Verfahren wie Strukturieren, Schneiden und Fügen lässt sich eine deutliche Reduktion der Fertigungskosten erreichen. Dazu sollen auf der einen Seite hochkompakte, robotergeführte Ultrakurzpulslaser realisiert werden. Der Einsatz ultrakurzer Laserpulse soll hier einerseits eine Erhöhung der Fügestellenfestigkeit zwischen Metall und FVK-Bauteil ermöglichen und andererseits beim Zuschnitt von FVK-Bauteilen mit dieser Laserquelle die Bauteilschädigung im Bereich der Schnittkante verringern. Auf der anderen Seite sollen Diodenlaser mit angepassten Wellenlängen für den Einsatz beim Fügen thermoplastischer FVK erarbeitet werden. Diese Entwicklungen sollen eine deutliche Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit beim Strukturieren zur Fügevorbereitung und beim Zuschnitt der FVK-Bauteile sowie beim Fügen erreichen.

Neben den verfahrenstechnischen Entwicklungen werden auch die maschinentechnischen Voraussetzungen, insbesondere hinsichtlich der photonischen Prozesse in Form von Strahlerzeugung, -führung und -ablenkung geschaffen, um die einzelnen Laserverfahren in die industrielle Praxis zu überführen. Auf diese Weise wird der Weg zur größeren Marktdurchdringung der Leichtbautechnik insbesondere für den Automobilbau geebnet.

Weitere Informationen

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT präsentiert auf der EuroBLECH 2018 vom 23. bis 26. Oktober 2018 in Hannover ein Bauteil (Dachspriegel), welches im Rahmen des BMBF-Projekts HyBriLight entstand.

Der Dachspriegel basiert auf der Vorlage eines Originalteil eines Fahrzeugs aus der BMW 7er-Serie und erhielt in Chicago im Juni 2018 bei einem JEC-Event den »Future of Composites in Transportation 2018 Innovation Award.

Zur Pressemitteilung des Fraunhofer ILT

 

Projektdetails

Koordinator

M. Sc.Kira van der Straeten
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstr. 15, 52074Aachen
+49 (0)241 8906-158

Projektvolumen

7,4 Mio € (ca. 52,6% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.11.2014 - 30.06.2018

Projektpartner

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILTAachen
DILAS Diodenlaser GmbHMainz
SCANLAB GmbH Optische TechnologienPuchheim
Werkzeugbau Siegfried Hofmann GmbHLichtenfels
Weber Fibertech GmbHMarkdorf
Held Systems GmbHHeusenstamm
Airbus Defence and Space GmbH - Airbus Group InnovationsTaufkirchen
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF)Darmstadt
BMW AG (assoziierter Partner)München