Forscher optimieren Fügetechnik für Leichtbauwerkstoff

Im Leichtbau ist das Verbinden zweier unterschiedlicher Werkstoffe wie das Fügen von Metallen mit Kunststoffen gängige Praxis. Ein häufig eingesetztes Fügefahren ist das Kleben, welches jedoch recht aufwendig in der Durchführung ist. Schrauben und Nieten generieren höheres Gewicht. Zudem können Bohrvorgänge die Materialstruktur schädigen. Dies trifft insbesondere bei faserverstärkten Kunststoffen auf.

Am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TU München entwickelte man für themoplastische, also schmelzbare Kunststoffe, ein Verfahren, das diese mit Metallen hochfest ineinanderfügt. Dazu wird auf der Metallseite dessen Oberfläche durch Laserstrahlung strukturiert. Das Hauptziel bei der Laserstrukturierung ist die Erzeugung einer derartigen Oberflächenstruktur, die zu einer sehr hohen Festigkeit des Kunststoff-Metall-Verbundes führt. Die dabei entstehenden Rillenmuster im Metall liegen im Größenbereich von Nano- bis Millimetern. So eignen sich wenige Zehntelmillimeter tiefe Strukturen besonders für faserverstärkte Kunststoffe mit Kurzfasern. Endlosfaserverstärkte Kunststoffe hingegen verbinden sich gut mit Metall, wenn mit gepulsten Lasersystemen strukturiert wird. Für den Fügeprozess selbst muss der Kunststoff erhitzt werden, damit er in die laserstrukturierten Hohlräume des Metalls fließt und nach dem Abkühlen stabil mit dem Metall verbunden ist.