Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Licht leicht gemacht

24.03.2010
Leicht, stabil und korrosionsbeständig – faserverstärkte Kunststoffe sind ein idealer Werkstoff für den Boots- und Automobilbau, für die Luft- und Raumfahrt.

Die Verarbeitung der Ausgangsmaterialien galt bisher jedoch als aufwändig und teuer. Auf der JEC Composites Show 2010 vom 13.-15. April in Paris zeigen Fraunhofer-Forscher, in Halle 1 Stand T18 wie sich mit Laserlicht faserverstärkte Kunststoffe schnell, sauber, zuverlässig und automatisiert herstellen lassen.


Beim Tape-Legen werden kohlefaserverstärkte Kunststoffbänder mit Laser verschweißt. Das Ergebnis sind stabile Faserverbundwerkstoffe. (© Fraunhofer IPT)

Je leichter desto besser. Mit einem Mountainbike, das wenig wiegt, lassen sich Berge einfacher bezwingen. Ein Auto, das weniger Gewicht auf die Achsen bringt, spart Sprit. Auch bei Flugzeugen, Satelliten und Windrädern feilschen die Konstrukteure um jedes Gramm. Faserverstärkte Kunststoffe sind ideal für den Einsatz in der Sportgeräte- und Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt: Sie sind fünfzig bis siebzig Prozent leichter als Stahl, fünfzehn bis zwanzig Prozent leichter als Aluminium, ihre Stabilität und Bruchfestigkeit sind hoch. Ihre Verarbeitung gilt bisher jedoch als kompliziert und aufwändig: Die Hersteller von Bootsrümpfen, Flugzeugteilen oder Rotorblättern müssen mit aufwändigen Formwerkzeugen arbeiten, die mit Glas- oder Kohlefasermatten ausgelegt werden.

Im zweiten Prozessschritt saugt eine Pumpe die Luft ab, bevor flüssiges Harz die Matten tränkt – das Vakuum verhindert, dass sich an den Fasern Luftbläschen sammeln, die später die Stabilität beeinträchtigen. Zum Aushärten benötigt man riesige Öfen. Am Ende müssen die Bauteile auch noch verklebt werden. Doch künftig wird dies einfacher: Auf der JEC Composites Show 2010 in Paris zeigen Fraunhofer-Forscher, wie sich Faserverbundwerkstoffe mit Laserlicht herstellen und verbinden lassen – ohne dass mit Matten und Harz hantiert werden muss.

Bauteile aus faserverstärkten Bändern

Um faserverstärkte Kunststoffe vollautomatisch herstellen zu können, haben Ingenieure und Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT ein neues Verfahren entwickelt. Die Zutaten für das »Tape-Legen« kommen von der Rolle: Die Kohlefasern sind in kilometerlange Kunststoffbänder aus aufschmelzbarem Thermoplast integriert. Diese Bänder sind trotz ihres geringen Gewichts überdurchschnittlich belastbar – die Ingenieure messen und bewerten hier die Schlag-, Zug- und Rissfestigkeiten. Um aus den Tapes stabile Bauteile zu fertigen, werden mehrere Bandlagen aufeinander gestapelt, kurz vor dem Ablegen mit dem Laser angeschmolzen und dann zu einer kompakten Struktur zusammengepresst. Auf diese Weise verschmelzen die Bänder miteinander und kühlen, weil der Laser die Energie zielgerichtet und wohldosiert an das Material abgibt, auch schnell wieder aus. Energie- und Zeitaufwand wird so minimiert. Verglichen mit bisherigen Fertigungsverfahren – beispielsweise dem Fügen von Bändern mit Heißluft – ist die Qualität sogar besser. Die Nachfrage der Industrie nach dem neuen Verfahren ist daher schon jetzt, noch während der Prototypenphase, hoch.

Laserlicht schafft Verbindungen

Mit Laserstrahlen können die Ingenieure sogar Bauteile zusammenkleben: Auf der JEC in Paris präsentieren die Fraunhofer-Forscher eine neue Fügetechnik für glas- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe. »Alles was wir dazu brauchen, ist ein Laser, der infrarotes Licht aussendet«, erklärt Wolfgang Knapp vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie ILT. »Das infrarote Laserlicht schmilzt die Oberfläche der Kunststoffteile auf. Wenn man sie zusammenpresst, solange sie noch flüssig sind und sie dann aushärten lässt, entsteht eine äußerst stabile Verbindung.«

Selbst kompliziert geformte und sperrige Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff lassen sich so stabil verschmelzen, dass sie den hohen Anforderungen genügen, die Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie stellen. »Hier muss das Material enormen Beschleunigungen, Vibrationen und Temperaturdifferenzen standhalten, dabei wird 200prozentige Sicherheit verlangt«, erklärt Knapp. Zusammen mit seinen Kollegen hat er den Prozess des Laserfügens optimiert: »Das Know-how steckt in der Prozesssteuerung: in der Einstellung des Abstands von Laserkopf und Oberfläche, in der Zeit, die der Laserstrahl an einer Stelle verweilt, in der Kalibrierung des Drucks, mit dem die Oberflächen aufeinandergedrückt werden.« Der Charme der Technik liegt in ihrer Vielseitigkeit: Mit dem Infrarotlaser lassen sich beliebige Bauteile aus Faserverbundwerkstoff zusammenschweißen – Rumpfteile für Flugzeuge, tragende Strukturen für Pkws, Teile von Bootsrümpfen, Raketentanks.

Materialien für den Extremfall

Die Möglichkeiten, Laser in der Herstellung und Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen einzusetzen, sind schier unbegrenzt: »Die neuen Fügetechniken eignen sich für alle thermoplastischen Materialien, die starken Beanspruchungen ausgesetzt sind.«, resümiert Knapp, der den Fraunhofer-Gemeinschaftsstand koordiniert. »Weil Faserverbundwerkstoffe nicht nur stabil sind, sondern auch leicht, sparen sie Energie bei jeder Art von Beschleunigung – egal ob zu Land, zu Wasser, in der Luft oder im Weltraum.«

Franz Miller | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Die steifsten Leichtbaumaterialien überhaupt
12.12.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Künstliches Perlmutt nach Mass
12.12.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

Wiener Quantenforscher der ÖAW realisierten in Zusammenarbeit mit dem AIT erstmals ein quantenphysikalisch verschlüsseltes Netzwerk zwischen vier aktiven Teilnehmern. Diesen wissenschaftlichen Durchbruch würdigt das Fachjournal „Nature“ nun mit einer Cover-Story.

Alice und Bob bekommen Gesellschaft: Bisher fand quantenkryptographisch verschlüsselte Kommunikation primär zwischen zwei aktiven Teilnehmern, zumeist Alice...

Im Focus: An energy-efficient way to stay warm: Sew high-tech heating patches to your clothes

Personal patches could reduce energy waste in buildings, Rutgers-led study says

What if, instead of turning up the thermostat, you could warm up with high-tech, flexible patches sewn into your clothes - while significantly reducing your...

Im Focus: Tödliche Kombination: Medikamenten-Cocktail dreht Krebszellen den Saft ab

Zusammen mit einem Blutdrucksenker hemmt ein häufig verwendetes Diabetes-Medikament gezielt das Krebswachstum – dies haben Forschende am Biozentrum der Universität Basel vor zwei Jahren entdeckt. In einer Folgestudie, die kürzlich in «Cell Reports» veröffentlicht wurde, berichten die Wissenschaftler nun, dass dieser Medikamenten-Cocktail die Energieversorgung von Krebszellen kappt und sie dadurch abtötet.

Das oft verschriebene Diabetes-Medikament Metformin senkt nicht nur den Blutzuckerspiegel, sondern hat auch eine krebshemmende Wirkung. Jedoch ist die gängige...

Im Focus: Lethal combination: Drug cocktail turns off the juice to cancer cells

A widely used diabetes medication combined with an antihypertensive drug specifically inhibits tumor growth – this was discovered by researchers from the University of Basel’s Biozentrum two years ago. In a follow-up study, recently published in “Cell Reports”, the scientists report that this drug cocktail induces cancer cell death by switching off their energy supply.

The widely used anti-diabetes drug metformin not only reduces blood sugar but also has an anti-cancer effect. However, the metformin dose commonly used in the...

Im Focus: New Foldable Drone Flies through Narrow Holes in Rescue Missions

A research team from the University of Zurich has developed a new drone that can retract its propeller arms in flight and make itself small to fit through narrow gaps and holes. This is particularly useful when searching for victims of natural disasters.

Inspecting a damaged building after an earthquake or during a fire is exactly the kind of job that human rescuers would like drones to do for them. A flying...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz zu Usability und künstlicher Intelligenz an der Universität Mannheim

13.12.2018 | Veranstaltungen

Show Time für digitale Medizin-Innovationen

13.12.2018 | Veranstaltungen

ICTM Conference 2019 in Aachen: Digitalisierung als Zukunftstrend für den Turbomaschinenbau

12.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Forschungsprojekt FastCharge: Ultra-Schnellladetechnologie bereit für die Elektrofahrzeuge der Zukunft

13.12.2018 | Energie und Elektrotechnik

GFOS-Innovationsaward 2019: Anmeldung ab sofort möglich

13.12.2018 | Förderungen Preise

Quantenkryptographie ist bereit für das Netz

13.12.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics