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Auf dem Weg zur Serie

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Automatisierte Laserbearbeitung von 3D-Komponenten

23.11.2017

Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen hat das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) gemeinsam mit Industriepartnern entwickelt. Damit wollen die Forscher den Leichtbau serientauglich machen.

 - Bearbeitung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in 3D
© LZH
Bearbeitung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in 3D

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem Realbauteil aus der Automobilbranche hat das LZH im Projekt HolQueSt 3D-Prozesse zum Schneiden von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt. Ein neu entwickelter Hochleistungsscheibenlaser mit einer Pulsdauer von tp = 30 ns und einer maximalen mittleren Leistung von PL = 1500 W bildete dafür die Basis. Ein Partner hat Spannvorrichtungen entworfen, die an die verschiedenen Besonderheiten bei der Lasermaterialbearbeitung angepasst wurden. Eine Absaugung zur Erfassung der Prozessemissionen ist direkt in der Spannvorrichtung integriert.

Der Einfluss der Laserbearbeitung auf die Eigenschaften der Bauteile sowie auf mögliche Folgeprozesse wurde von weiteren Industriepartnern untersucht. „Dreidimensionale CFK-Bauteile zu reparieren, ist momentan sehr aufwendig und kostenintensiv“, erklärt Sven Blümel, Projektverantwortlicher aus der Gruppe Verbundwerkstoffe des LZH. „Wir können nun Bauteile mit gekrümmten Oberflächen mit geringen Prozesszeiten zur Reparaturvorbereitung schäften. Anschließend werden die Schäftungen mit passgenauen Ersatzstücken, sogenannten Patches, wieder verschlossen. Das ist ein wichtiger Schritt, um die Lebenszeit von CFK-Karosserieteilen zu verlängern.“

Für einen sicheren Arbeitsplatz müssen Prozessemissionen typischer Prozesse bekannt und kontrollierbar sein. Die Gruppe Sicherheitstechnik des LZH hat deshalb die Schneid- und Schäftprozesse auf die entstehenden Emissionen untersucht. Basierend auf der Zusammensetzung der Prozessemissionen wurde ein vollständig regeneratives, kontinuierlich arbeitendes Abluftreinigungssystem entwickelt, das ohne zusätzliche Filterstoffe auskommt.