Internationales Laser- und Fügesymposium 2018

Das 10. Internationale Laser- und Fügesymposium im Internationalen Congress Center Dresden stand unter dem Leitmotiv Digitalisierung und Industrie 4.0. Mit dem Blick auf die moderne Fertigung von morgen spielt die Digitalisierung von Laserbearbeitungsprozessen eine immer wichtigere Rolle. Über 400 Wissenschaftler und Anwender verfolgten das Vortragsprogramm. 46 Vorträge und ergänzende Posterbeiträge wurden in den Fachgruppen diskutiert. Produktkontrollsysteme, Kennzeichnung der Bauteile, Oberflächenstrukturen und die Bewertung,Verfolgung und Dokumentation von kritischen Prozessparametern waren die Leitlinien der Vortragsreihen:

• Neue Lasersysteme und Anwendungen
• Laserdirektstrukturierung
• Laserbearbeitung und -funktionalisierung
• Hochgeschwindigkeits-Laserverfahren
• Systemtechnik und Komponenten
• Laserbeschichtung
• Laserstrahlschweißen und -schneiden
• Festphasenfügen
• Misch- und Leichtbauweisen
• Additive Fertigung

Eine fachbezogene Ausstellung vom Produkten, Geräten und Anwendungsbeispielen ergänzten die Tagung. Am Vortag des Symposiums bot das Fraunhofer IWS Einführungsseminare an und öffnete seine Labore für alle interessierten Symposium-Teilnehmer. Zahlreiche Besucher nutzten die Gelegenheit, sich über aktuelle Entwicklungen zu informieren und neue Ideen und Ergebnisse auszutauschen. Innovative Lösungen im Beispiel: Schnelles stoff -schlüssigesFügen von Metallund Thermoplast –Kleben ohne Klebstoff [2] Moderner Leichtbau erfordert häufig die Kombination von Metall mit Kunststoffen.Für den Einsatz in der industriellen Fertigung sind zusätzlich effiziente Prozessketten notwendig, um die Vorbehandlung und Fügetechnologie auf den konkreten Lastfall abgestimmt in Einklang bringen. Ebenso spielen Werkzeuge zur Prozesssimulation und Eigenschaftscharakterisierung eine wichtige Rolle. Eine neue Entwicklung des Fraunhofer IWS Dresden erfüllt diese Anforderungen: Das Verfahren"HeatPressCool-Integrative" (HPCI) vereint langjährige Erkenntnisse der Klebetechnik mit modernen systemtechnischen Entwicklungen auf dem Gebiet der Laser-Remotetechnologie. Damit erreichten die Forscher ihr selbstgesetztes Ziel,produktive Lösungen zum stoff- und formschlüssigen Fügen zu erarbeiten. Vorbehandlung ist wichtig Da Thermoplast und Metall sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen – wie etwa Schmelztemperatur oder Wärmeausdehnungskoeffizient –kommt der Optimierung der Anhaftungskraft zwischen beiden Fügepartnern eine herausragende Bedeutung zu. Deshalb entwickelten die IWS-Forscher einen Laserabtragprozess, der Strukturtiefen von 100 Mikrometern und mehr bei Flächenraten von bis zu 30 Quadratzentimetern pro Sekunde erzeugt. Eine Remote- beziehungsweise Scanneroptik fokussiert den kontinuierlich strahlenden Leistungslaser auf das Metall und lenkt ihn dabei schnell ab. Das reinigt die Oberfläche von anhaftendenÖlen oder Verschmutzungen inder Grenzschicht. Gleichzeitig kann derspäter eindringende Kunststoff die Strukturen ausfüllen, sodass ein Formschluss zwischen Kunststoff und Metall entsteht. Somit entfällt die Notwendigkeit, die Oberfläche mit Lösungsmitteln oder Beizbädern chemisch zu reinigen. Schnelle Wärme sorgt für stoffschlüssige Verbindung Der eigentliche Verbindungsprozess gestaltet sich simpel: Der vorstrukturierte metallische Fügepartner wird mit dem Kunststoff verpresst. Gleichzeitig wird das Metall an der Fügestelle erwärmt und der Thermoplast partiell aufgeschmolzen. Um dieses Verfahren für den industriellen Einsatz fit zu machen, entwickelten die Wissenschaftler eine modular aufgebaute Fügezange, die sich beispielsweise anstelle einer Punktschweißzange (Bild 1) an einem Roboterarm montieren lässt. So kann bewährte Anlagentechnik auch für Multimaterial-Anwendungen zum Einsatzkommen. Eine besondere Herausforderung besteht in der gleichmäßigen Erwärmung der metallischen Fügepartner. Neben der induktiven Erwärmung ist ein ebenfalls erarbeiteter Lösungsansatz die Lasererwärmung. Der Einsatz einer zweidimensionalen Laserstrahloszillation ermöglicht eine extrem schnelle Bewegung und Steuerung des Strahles. Diese erlaubt es, das Temperaturfeld dynamisch anzupassen,um die spezifischen Wärmeableitungsbedingungen der Fügeteile zu kompensieren. Technologische Umsetzung Gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern evaluierte das Fraunhofer IWS das entwickelte Verfahrenanhand eines komplexen Technologiedemonstrators . Dabei ersetzten die Forschereine reine Schweißbaugruppe aus Baustahl durch ein Multimaterial design aus Organoblech*) und metallischem Deckblech, um das Leichtbaupotenzial aufzuzeigen (Bild 2). Neben dem thermischen Direktfügen erzeugten sie auch formschlüssige Verbindungen im Steg-Schlitz-Design zwischen Metall und Organoblech. Die Grundsatzstudie erwies, dass sich das thermische Direktfügen für Multimaterial- und Bauteilkonstruktionen eignet, insbesondere aufgrundgeringer Prozesszeiten, robuster Prozessführungsowie guter Automatisierbarkeit. Quellen [1] Tagungsprogramm 10th International Laser Symposium 2018 [2] Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden, Presseinformation3 (2018)