Wed Aug 05 2020

08 05

Lasers bewerken GVK-componenten

15/08/2016

Door Ad Spijkers

Het FraunhoferInstitut für Lasertechnologie (ILT) ontwikkelde een methode om de buitenlagen van de omringende polymeermatrix te verwijderen zonder de onderliggende vezels te beschadigen.


     

Composietmaterialen uit glas- of koolstofvezel worden gekenmerkt door een lage soortelijke massa en uitstekende mechanische eigenschappen. Met vezels versterkte composietmaterialen worden al met success toegepast in de industriële massaproductie. Het materiaal heeft beperkingen met betrekking tot de productieprocessen die kunnen worden toegepast, maar deze kunnen worden opgeheven door slim gebruik van laserprocessen.

Met vezels versterkte materialen overheersen al vele jaren in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Ze worden nu ook met success toegepast in talloze andere sectoren zoals automobielbouw, medische techniek en bouwnijverheid. Als gevolg hiervan neemt de behoefte aan materialen en verwerkingsmethoden ook snel toe.

De hoogstaande mechanische eigenschappen van met vezels versterkte componenten zijn het gevolg van een aan de belasting aangepaste samenstelling van polymeermatrix en vezels. Teneinde het matrixmateriaal dicht bij het oppervlak te verwijderen ontwikkelde het FraunhoferInstitut für Lasertechnologie (ILT) in Aken een methode die het mogelijk maakt de buitenlagen van de omringende polymeermatrix te verwijderen zonder de onderliggende vezels te beschadigen.

Koolstofvezelcomponenten blootleggen

Door gebruik te maken van ultrakorte gepulste laserstraling kan het matrixmateriaal, dat meestal bestaat uit epoxyhars, worden verwerkt met lokaal en in de diepte selectief verwijderen. Het matrixmateriaal kan zelfs volledig worden verwijderd. Een aangepaste procesbesturing maakt het mogelijk het oppervlak zodanig te verwerken dat de naastliggende vezels geen enkele schade ondervingen.

Dit wordt bereikt door een lokale en selectieve aanpassing van laservermogen en straalgeleiding. Als gevolg hiervan kunnen zelfs complexe geometrieën en 3D componenten met de laser worden bewerkt. Deze mogelijkheid om oppervlakken te bewerken zonder de op de belasting georiënteerde verwerkte vezels te verstoren, is met name interessant voor de lucht- en ruimtevaartindustrie.

Milieuvriendelijk verbinden

Een mogelijk toepassingsgebied voor de nieuwe methoden is het voorbereiden van een stevige verbinding tussen composietmaterialen en naastliggende componenten. In een opvolgende stap kunnen heterogene kunststoffen direct op de blootgelegde vezelstuctuur worden gespoten, waarbij ze de vezels omsluiten en een vormgesloten verbinding vormen. De methode is bovendien ook geschikt voor navolgende processtappen met lijmen.

Voor bepaalde toepassingen moeten met koolstofvezel versterkte kunststoffen en andere kunststof componenten worden gecoat met geleidende lagen. Samen met het Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig ontwikkelde Fraunhofer-ILT de method zodat kunststof componenten kunnen voorzien van een goed hechtende koperlaag zonder toxische zeswaardige chroom (Cr6) chemicaliën te gebruiken. Ook is een direct metalisering mogelijk. De method wordt gebruikt voor zwaarbelaste antennelichamen en voor het verchromen van decoratieve lichtgewicht componenten (foto: Fraunhofer-ILT).