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Laserstrahl-Fügevorbehandlung von CFK-Bauteilen in Formwerkzeugen von Spritzgießanlagen

ISBN: 978-3-86359-852-5

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Kurzübersicht

Diese Arbeit präsentiert eine Prozesskette zur Funktionalisierung eines duromeren, kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffbauteils mit Thermoplastmassen. Es wurde gezeigt, dass sich durch die Verkettung einer Laserstrahl-Fügevorbehandlung mit dem Thermoplast Spritzgießen in einem Schuss mehrere Funktionselemente mit hoher Reproduzierbarkeit an Freiformoberflächen anbringen lassen. Hierzu wurde ein roboterbasierter Laserstrahlabtragprozess im Werkzeugraum einer Spritzgießmaschine realisiert.

Laserstrahl-Fügevorbehandlung von CFK-Bauteilen in Formwerkzeugen von Spritzgießanlagen

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Details

Diese Arbeit präsentiert eine Prozesskette zur Funktionalisierung eines duromeren, kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffbauteils mit Thermoplastmassen. Es wurde gezeigt, dass sich durch die Verkettung einer Fügevorbehandlung mittels Laserstrahlung mit einem vorgelagerten Prepreg Heißpressen und einem nachgelagerten Thermoplast Spritzgießen in einem Schuss mehrere Anschläge, Dohme, Schweißbolzen oder Clips mit hoher Reproduzierbarkeit sogar an Freiformoberflächen anbringen lassen.
Der experimentelle Teil der Arbeit beginnt mit der Untersuchung des Freilegeprozesses. Die Wahl geeigneter Vorbehandlungsparameter führt zu einer Zugscherfestigkeit von 27,7 MPa. Diese Festigkeit korreliert mit einer hellen Faseroberfläche im Brennfleck und wenig verbleibendem Epoxid auf der Faserdecklage. Die angespritzten kurzglasfaserverstärkten Polyamid Massen haften für die hier gewählten Parameter besser an der freigelegten Faseroberfläche als an einer gereinigten oder geschliffenen Epoxidfläche. Innerhalb dieser Untersuchungen wurde zudem der indirekt induzierte Abtrag der Epoxiddeckschicht modelliert. Merkmale wie die minimal benötigte Spotfluenz oder die resultierende, freigelegte Faserfläche können von nun an berechnet werden. Relevante Materialparameter, welche den Abtragprozess beeinflussen, wurden identifiziert.
Zur Herstellung von Bauteilen mit Freiformoberflächen wurde eine robotergeführte Strahlablenkeinheit in den Automatisierungsbereich einer Spritzgießmaschine integriert. Damit ist es möglich, dass die nach dem Öffnen im Formwerkzeug befindliche CFK-Schale vorzubehandeln. Die Fähigkeit der Prozesskette wurde untersucht und bestätigt. Als Voraussetzung der Oberflächenbehandlung gelten zum einen berechnete Bahndaten für die Optikträgeraktorik sowie die Strahlablenkeinheit. Hierzu wurde eine automatisierte Segmentierung der Fügefläche auf Basis eines genetischen Algorithmus validiert. Zum anderen ist eine Ausrichtung der Strahlablenkeinheit relativ zum Bauteil für den lokalen Abtrag notwendig. Es wurde eine neue Methode zur Werkstückvermessung erforscht: Mittels einer koaxial geführten Distanzsensorik in der Strahlablenkeinheit kann die Lage einer Kreuznut am Formwerkzeug im Scanfeld der Strahlablenkeinheit bestimmt werden. Damit lässt sich die Strahlablenkeinheit mit einer Genauigkeit von ± 131 µm relativ zum Formwerkzeug ausrichten. Folglich ist die Fokusebene des Strahlabbildes mit der Oberfläche der CFK Schale in Deckung. Die Fertigung eines Bauteils mit Freiformoberfläche war möglich.

 

Zusatzinformation

Autor Schares, Richard
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-852-5
Gewicht 0.338 kg
Erscheinungsdatum 18.05.2020
Lieferzeit 3-4 Tage
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