EU-project "ComMUnion" ontwikkelt industrieel proces voor hybride metaal- en polymeer-matrixcomposieten

De laatste jaren is de vraag naar lichtere componenten voor toepassingen in mobiliteit en transport sterk toegenomen als antwoord op de noodzaak om gewicht, en dus energie en hulpbronnen te besparen.

Hybride componenten gemaakt van staal en lokaal gefunctionaliseerd met vezelversterkte kunststoffen combineren hoge mechanische prestaties met een laag gewicht. De vraag naar fabricageprocessen die bevorderlijk zijn voor een kosteneffectieve massaproductie van dergelijke constructies neemt snel toe. In het EU-onderzoeksproject "ComMUnion" werken de twee Fraunhofer-instituten in Aken, Duitsland - Fraunhofer Institute for Production Technology (IPT) en Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT) - samen met 14 partners uit de industrie, het onderzoek en de academische wereld , om industriële processen en oplossingen te ontwikkelen voor hybride lichtgewichtontwerp door metaal- en polymeer-matrixcomposieten te combineren voor auto- en ruimtevaarttoepassingen.

Het nieuwe hybride productieproces is gebaseerd op een combinatie van lasertexturering en laserondersteunde tapeplaatsing. Componenten worden eerst met de laser voorbewerkt tot een speciaal ontwikkelde, nauwkeurig gedefinieerde, ruwe oppervlaktestructuur. Het gestructureerde oppervlak zorgt ervoor dat de doorlopende vezelversterkte thermoplastische lichtgewicht materialen, die later zullen worden gebruikt voor verstijving, direct aan het stalen onderdeel kunnen worden gehecht. De hechting is dan mechanisch, waardoor er geen extra voorbehandelingsmaatregelen of extra hechtingsbevorderaars, zoals lijmen of bindmiddelen, nodig zijn.

De verstijvingselementen zijn gemaakt van vezelversterkte thermoplasten, die speciaal zijn aangepast aan de te verwachten belastingen en door middel van een tape-plaatsingsproces met het onderdeel worden verbonden. De laser verwarmt de thermoplastische tapes plaatselijk in de verbindingszone met het staal. Het matrixmateriaal smelt en stroomt in de met laser getextureerde holtes. Na stolling van het smeltmateriaal hecht de tape met de ingebedde unidirectionele vezels aan het opgeruwde oppervlak van het stalen onderdeel.

Gecombineerd proces, geschikt voor massaproductie

Het voordeel van het combineren van deze twee laserprocessen komt precies naar voren wanneer de mechanische eigenschappen van het onderdeel lokaal moeten worden verbeterd zonder het gewicht van het onderdeel aanzienlijk te verhogen. Het proces is bijzonder geschikt voor massaproductie, omdat er geen verdere nabewerkingsstappen, zoals uithardingsoperaties, nodig zijn om het materiaal te consolideren na het plaatsen van de tape. Bovendien vermindert precisie-gelokaliseerde verwarming vervorming en restspanningen tijdens het verbinden van de twee materialen. Het lasertextureringsproces, dat bij de Fraunhofer ILT is ontwikkeld, kan ook reproduceerbaar worden toegepast op het metalen oppervlak, precies daar waar de texturen nodig zijn. Bovendien is de laser niet onderhevig aan slijtage van het gereedschap.

Eerste lichaamsdeel hybride auto al klaar als demonstratieonderdeel

De onderzoekspartners hebben nu een eerste demonstratorcomponent van hoogwaardig staal en unidirectionele vezelversterkte thermoplastische tape voltooid om de toepasbaarheid van het proces te valideren in de vorm van een proof-of-concept:de twee Fraunhofer-onderzoekers Kira van der Straeten van de Fraunhofer ILT en Tido Peters van de Fraunhofer IPT vervaardigden een hybride lichtgewicht rocker panel, een carrosseriecomponent voor de auto-industrie, om de functionaliteit van de procescombinatie te testen en te bewijzen als onderdeel van het ComMUnion-project.

De projectpartners presenteerden het onderdeel aan de professionele bezoekers op de lichtgewicht constructiebeurs JEC World van 12 tot 14 maart 2019 in Parijs op de door AZL georganiseerde “Composites in Action Area”.

Het "ComMUnion"-project wordt gefinancierd door het Horizon 2020-onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie onder subsidieovereenkomst nr. 680567.

Onderdeel van een hybride auto-rockerpaneel, lokaal gefunctionaliseerd met behulp van laserondersteunde tape-plaatsing. Bron | ComMUnion Fraunhofer IPT

Europese partners van het ComMUnion onderzoeksproject

• Aciturri Engineering SL, Spanje
• AFPT GmbH, Duitsland
• Aimen Technology Centre, Spanje (coördinator)
• Autotech Engineering, AIE, onderdeel van de Gestamp Group, Spanje
• CASP S.A., Griekenland
• ESI Group, Frankrijk
• Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT, Duitsland
• Fraunhofer Instituut voor Productietechnologie IPT, Duitsland
• Laboratorium voor productiesystemen en automatisering (LMS) – Universiteit van Patras, Griekenland
• Lunovu GmbH, Duitsland
• Missler Software, Frankrijk
• Motofil Robotics, S.A., Portugal
• Nieuwe infraroodtechnologieën SL, Spanje
• Philips Photonics GmbH, Duitsland
• Tecnatom S.A., Spanje
• Universidade de Coimbra, Portugal

Neem voor meer informatie contact op met:

[email protected] of [email protected]

Dit bericht is met dank aan de CompositesWorld en AZL Aachen GmbH mediapartnerschap.