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Laserstrahl-Bohren von CFK-Preforms

ISBN: 978-3-86359-674-3

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Kurzübersicht

Bei der Herstellung von Bohrungen in carbonfaserbasierten Vorformlingen mittels energiereicher Laserstrahlung treten an den Faserenden der Bohrwand verhärtete Randschichten auf. Diese müssen vermieden werden, wenn hochwertige und belastbare CFK-Metall-Hybridverbindungen hergestellt werden sollen. Durch die Entwicklung strahlquellenabhängiger Scanstrategien wird die Produktivität gesteigert. Bei Einsatz von ultrakurz gepulster Laserstrahlung können materialographische Defekte vermieden werden.

Laserstrahl-Bohren von CFK-Preforms

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Details

Der Einsatz von Bauteilen aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) erfährt besonders in der Automobil- und Flugzeugindustrie eine stetig wachsende Bedeutung. Durch die angestrebten Gewichtseinsparungen wird ein reduzierter Kraftstoffverbrauch bei gleicher mechanischer Belastbarkeit der Bauteile erwartet. Die Integration von Krafteinleitungselemente zur lösbaren Verbindung von CFK-Bauteilen an eine Grundstruktur stellt dabei besondere Anforderungen an die Fertigungstechnik dar. Defekte wie z. B. thermische Schädigungen und Delaminationen müssen aufgrund der bisher noch kostenintensiven Carbon-fasern und der aufwendigen Prozesskette zur Herstellung von CFK-Bauteilen unbedingt vermieden werden.
Für die Einbringung von Bohrungen zur Integration von Krafteinleitungs-elementen stoßen sowohl konventionelle als auch nicht-konventionelle Fertigungsverfahren an industrierelevante Grenzen bezüglich der erzielbaren materialographischen und geometrischen Qualität. Die Hauptursache liegt dabei in den unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Carbonfasern und der Matrix. Erfolg versprechend erscheint daher, das noch ungetränkte Carbonfaser-textil zu bohren und nach Integration der Krafteinleitungselemente mit dem Matrixwerkstoff zu infundieren. Das Bohren mittels Laserstrahlung ermöglicht dabei die mechanisch kontaktlose Materialbearbeitung für einen ungestörten Textilaufbau. Um die erzielbare geometrische und materialographische Bohrungsqualität bewerten zu können, müssen die Auswirkungen der Laser-strahlung auf das Carbonfasertextil untersucht werden. Durch den Einsatz von langgepulster Laserstrahlung wird dabei ein produktiver Bearbeitungsprozess ermöglicht. Durch die energiereichen Laserpulse können aber große thermische Schädigungen an den Fasern auftreten. Alternativ kann mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung eine thermisch defektfreie Bohrung erzeugt werden, jedoch häufig zu Lasten der Produktivität und des Aspektverhältnisses.
Im Rahmen dieser Arbeit werden die Schadensphänomene und deren Wirk-mechanismen von Laserstrahl gebohrten, carbonfaserbasierten textilen Vor-formlingen, sogenannte Preforms, untersucht. Sowohl für die Bearbeitung von langgepulster als auch ultrakurz gepulster Laserstrahlung werden Prozess-strategien entwickelt, um thermisch induzierte Schäden zu verringern oder gar zu vermeiden. Für die langgepulste Laserbearbeitung wird eine Scanstrategie entwickelt, mit der bei hoher Produktivität thermische Schädigungen minimiert werden können. Weiterhin werden insbesondere für ultrakurz gepulste Laser-strahlung Handlungsempfehlungen entwickelt, um die Produktivität zu erhöhen und die Bohrungskonizität zu verkleinern.

Zusatzinformation

Autor Janssen, Stefan
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-674-3
Gewicht 0.252 kg
Erscheinungsdatum 26.11.2018
Lieferzeit 3-4 Tage
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