CFK-Bauteile in großen Stückzahlen präzise mit dem Laser bohren

Verbundwerkstoffe, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), besitzen ein hohes Leichtbaupotenzial und werden daher bereits in großem Umfang in der Luftfahrt eingesetzt. Diese Materialien besitzen zwar herausragende Eigenschaften, wie ein geringes Gewicht bei gleichzeitig hoher Stabilität, sind aber nur mit hohem Aufwand zu bearbeiten. Mechanische Verfahren bringen hierbei einen hohen Werkzeugverschleiß und daraus resultierende Qualitätsprobleme mit sich.

Laserstrahlung anstelle von Hartmetallbohrern

Insbesondere für die Luftfahrt besitzt das Bohren von CFK ein außerordentliches Marktpotenzial. Steigende Stückzahlen bei den Flugzeugherstellern sowie die hohe Anzahl an Bohrungen für Niet- und Schraubverbindungen erfordern zuverlässige, schnelle und kostengünstige Prozesse, um im internationalen Wettbewerb zu bestehen. Hier bietet sich das Laserstrahlbohren als Alternative an.

Im Projekt „Laserstrahlbohren von Kompositwerkstoffen für Luftfahrtanwendungen“ (LABOKOMP) konzentrieren sich die Projektpartner auf die Entwicklung angepasster Bearbeitungsstrategien unter Verwendung einer neuen hochgepulsten Laserstrahlquelle.

Um den Prozess industrietauglich zu gestalten, soll den Anwendern schließlich auch eine maßgeschneiderte System-, Handhabungs- und Überwachungstechnik zur Verfügung stehen. Nur so kann die hochpräzise und dynamische Handhabung sowie die Bearbeitung hochqualitativer Serienbauteile gelingen.

Eine Spannvorrichtung für alle Bauteilvarianten

Die kleinen und mittelständischen Unternehmen INVENT GmbH und KMS Technology Center GmbH sowie die Großunternehmen TRUMPF Laser GmbH und Premium AEROTEC GmbH entwickeln in dem Projekt automatisierte Spann- und Positioniersysteme, in die unter anderem eine Schwingungserkennung und –dämpfung integriert wird. Anders als bei vielen konventionellen Trennverfahren kann hier eine einzige Spannvorrichtung für alle Bauteilvarianten eingesetzt werden. Um einen ganzheitlichen Gesamtprozess zu erreichen, werden zudem die Zu- und Abfuhr von Prozessgasen und Emissionen sowie die Kühlung der Werkstücke optimiert.

Effizienter durch maßgeschneiderte Laserprozessführung

Untersuchungen und Werkstoffprüfungen mit dem Ziel, die thermische Belastung von lasergebohrten CFK-Bauteilen zu minimieren und gleichzeitig mittels maßgeschneiderter Prozessführung die Effizienz zu steigern, bilden die Arbeitsschwerpunkte der LZH-Experten aus der Gruppe Verbundwerkstoffe in der Abteilung Produktions- und Systemtechnik. Neben der Fertigung von Kleinbauteilen in großen Stückzahlen soll die neuartige Prozessstrategie zukünftig auch auf die Montage von Großstrukturen übertragen werden.

Dieses Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative „KMU-innovativ: Photonik“ für eine Laufzeit von drei Jahren gefördert.