EU-project ComMUnion innoveert met kostenefficiënte productie van hybride metaal-polymere composieten voor lichtgewicht mobiliteit

In de afgelopen jaren is de vraag naar lichtere componenten voor toepassingen in mobiliteit en transport scherpgestegen, gedreven door de behoefte om gewicht, en daarmee energie en grondstoffen, te besparen.

Hybride constructies combineren sterke eigenschappen met laag gewicht

Hybride componenten van staal, lokaal versterkt met vezelversterkte kunststoffen, bieden een combinatie van hoge mechanische prestaties en laag gewicht. De vraag naar productieprocessen die geschikt zijn voor kostenefficiënte massaproductie van dergelijke structuren groeit snel. In het EU-onderzoeksproject ComMUnion werken de twee Fraunhofer-instituten in Aachen, Duitsland – het Fraunhofer Institute for Production Technology (IPT) en het Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT) – samen met 14 partners uit industrie, onderzoek en academie aan de ontwikkeling van industriële processen en oplossingen voor hybride lichtgewichtconstructies door metaal en polymermatrix-composieten te combineren voor automobiele en luchtvaarttoepassingen.

Nieuw hybride productieproces: lasergestuurde texturering en bandplaatsing

Het nieuwe hybride productieproces baseert zich op een combinatie van lasertexturering en lasergestuurde tapeplaatsing. Componenten worden eerst voorbehandeld met de laser om een speciaal ontwikkelde, precies gedefinieerde, ruwe oppervlaktestructuur te creëren. Deze getextureerde oppervlakte maakt het mogelijk om continu vezelversterkte thermoplastische lichtgewichtmaterialen, die later voor versteviging dienen, direct op het staalcomponent te hechten. De hechting is mechanisch, wat de noodzaak voor additionele voorbehandelingen of hechtbevorderende middelen zoals lijmen of bindmiddelen elimineert.

De verstevigingselementen bestaan uit vezelversterkte thermoplasten, die specifiek zijn aangepast aan de verwachte belasting en met een tapeplaatsingsproces aan het component worden gehecht. De laser verhit de thermoplastische banden lokaal in de hechtzone tot het staal. De matrix smelt en vloeit in de door laser getextureerde holte. Na uitharding van het smeltmateriaal hecht de band met de ingesloten unidirectionele vezels aan het opgeruwde oppervlak van het staalonderdeel.

Gecombineerd proces, geschikt voor massaproductie

Het voordeel van de combinatie van deze twee laserprocessen komt vooral tot uiting wanneer de mechanische eigenschappen van het component lokaal moeten worden verbeterd zonder het gewicht aanzienlijk te verhogen. Het proces is bijzonder geschikt voor massaproductie, omdat na de tapeplaatsing geen verdere nabewerkingsstappen, zoals uithardingsoperaties, nodig zijn om het materiaal te consolideren. Daarnaast vermindert de precieze gelokaliseerde verhitging vervorming en restspanningen bij het hechten van de twee materialen. Het lasertextureringsproces, ontwikkeld bij Fraunhofer ILT, kan op een reproduceerbare manier op het metaaloppervlak worden toegepast, precies op de plaatsen waar de texturen nodig zijn. Bovendien is de laser niet onderhevig aan slijtage.

Eerste hybride autocarrosserieonderdeel als demonstrator gerealiseerd

De onderzoeksparters hebben nu een eerste demonstratorcomponent vervaardigd van hoogsterk staal en unidirectionele vezelversterkte thermoplastische tape om de toepasbaarheid van het proces te valideren in de vorm van een proof-of-concept: De twee Fraunhofer-onderzoekers Kira van der Straeten (Fraunhofer ILT) en Tido Peters (Fraunhofer IPT) produceerden een hybride lichtgewicht zijwandpaneel (rocker panel), een carrosseriecomponent voor de auto-industrie, om de functionaliteit van de procescombinatie te testen en te bewijzen binnen het ComMUnion-project.

De projectpartners presenteerden het component aan bezoekers op de lichtgewichtbouw-beurs JEC World van 12 tot 14 maart 2019 in Parijs op het Composites in Action Area georganiseerd door AZL.

Het ComMUnion-project wordt gefinancierd door het Horizon 2020 Onderzoeks- en Innovatieprogramma van de Europese Unie onder Grant Agreement Nr. 680567.

Europese partners in het ComMUnion-onderzoeksproject

• Aciturri Engineering SL, Spanje
• AFPT GmbH, Duitsland
• Aimen Technology Centre, Spanje (coördinator)
• Autotech Engineering, AIE, onderdeel van de Gestamp Groep, Spanje
• CASP S.A., Griekenland
• ESI Group, Frankrijk
• Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, Duitsland
• Fraunhofer Institute for Production Technology IPT, Duitsland
• Laboratory for Manufacturing Systems and Automation (LMS) – University of Patras, Griekenland
• Lunovu GmbH, Duitsland
• Missler Software, Frankrijk
• Motofil Robotics, S.A., Portugal
• New Infrared Technologies SL, Spanje
• Philips Photonics GmbH, Duitsland
• Tecnatom S.A., Spanje
• Universidade de Coimbra, Portugal

Voor meer informatie, neem contact op met:

kira.van.der.straeten@ilt.fraunhofer.de of malena.schulz@ipt.fraunhofer.de

Dit bericht is mede mogelijk gemaakt door de media-partnerschap tussen CompositesWorld en AZL Aachen GmbH.