Lasergestütztes Fügen von Holzwerkstoffen mit Polymeren

Forschern am LZH gelang der Nachweis, dass das Fügen von Polymer- mit Holzfaserverbundwerkstoff möglich ist. Ziel eines Forschungsvorhabens ist die Qualifizierung des lasergestützten Fügens von technischen Polymeren mit Holz und Holzwerkstoffen.

Das Fügen oder Verschweißen von Polymeren mittels Laserstrahlung ist längst ein etablierter Prozess. Aber Polymere mit Holzwerkstoffen durch Fokussieren eines Laserstrahls verbinden? Da kommt eher der Gedanke an Rauch als an eine feste Verbindung auf.

Und doch: Vielleicht macht der Laserstrahl bald möglich, wonach moderne Fertigungs- und Produktionstechnik ruft. In der Möbelindustrie und anderen Holzgewerben, ja selbst in der Automobilindustrie werden Polymerwerkstoffe mit Holzwerkstoffen, vor allem Holzfaserverbundwerkstoffen zusammengebracht, nicht zuletzt aufgrund der steigenden Nachfrage nach nachwachsenden Rohstoffen durch die Industrie. Dabei werden im allgemeinen Klebe- oder Klammerverfahren eingesetzt, die jedoch produktionstechnisch wenig flexibel und schlecht automatisierbar sind.

Mit einem Laserverfahren dagegen wären mit einem Schlag viele Vorteile gewonnen, insbesondere: berührungsloses Verfahren, gezielte Einkopplung der Laserstrahlung direkt in die Fügezone über einen definierten Fügeweg, hohe Flexibilität hinsichtlich Fügegeometrie insbesondere bei Formbauteilen durch Verwendung von Lichtleitfasern, Begrenzung der Wärmeeinflusszone und vor allem hohe Automatisierbarkeit.
Forschern am LZH gelang bereits der Nachweis, dass das Fügen von Polymer- mit Holzfaserverbundwerkstoff tatsächlich funktioniert, wenn man es geschickt ausführt. Man bedient sich dazu des aus den Polymer-Polymer-Laser-Fügeverfahren bereits bekannten Transmissionsschweißens. Viele Kunststoffe sind im nahen Infrarot hinreichend durchsichtig, so dass man die Strahlung eines Nd:YAG- oder Diodenlasers durch diesen Werkstoff hindurch auf die Kontaktfläche Polymer-Holzwerkstoff fokussieren kann. Auf diese Weise kommt es zu einer Verschmelzung ohne Versengen oder Verkohlen, wobei das verflüssigte Polymer sich mit dem Thermoplast des Holzfaserverbundwerkstoffs oder mit dem Lignin des Holzes verbindet.

Es ist jedoch hervorzuheben, das für das Schweißen von Holz-Kunststoff-Verbindungen mit Laserstrahlung derzeit noch keine ausreichenden Verfahrenskenntnisse vorliegen, vielmehr noch grundlegende Forschung zu leisten ist für den möglichen Technologietransfer in die Industrie. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist daher die Qualifizierung des lasergestützten Fügens von technischen Polymeren mit Holz und Holzwerkstoffen, insbesondere hinsichtlich der Verbindungsmechanismen, der Prozessparameterfenster, der fügbarer Werkstoffkombinationen und geeigneter Strahlquellen.

Das Projekt wird im Rahmen der vom Bundesminister für Wirtschaft über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. mit Unterstützung der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung (DGfH) durchgeführt.
Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Technologie und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.

Für mehr Information:

Laser Zentrum Hannover e.V.
Herr Michael Botts
Hollerithallee 8
D-30419 Hannover
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