Aufgabenstellung
Leichtbau in Multi-Material-Design ist ein wesentlicher Schlüssel zu zukunftsträchtiger, ressourceneffizienter Elektromobilität. Die Leistungsfähigkeit einer hybriden Struktur, hier eines intrinsischen Metall-FKV-Hybridverbundes (FKV: Faser-Kunststoff-Verbund), hängt maßgeblich von der Verbindungsfestigkeit zwischen Metall und FKV ab. Im Forschungsprojekt werden die Leistungs- und Serienfähigkeit der Inline-Oberflächenstrukturierung metallischer Halbzeuge mittels Laserstrahlung für 3D-Hybrid-Bauteile, zur direkten Anhaftung mittels Mikroformschluss im Formpressverfahren, untersucht.

Vorgehensweise
Für die Erzeugung optimierter Mikrostrukturen, die einen Mikroformschluss ermöglichen, müssen geeignete Strukturtypen und die dazugehörigen Laser- und Prozessparameter bestimmt werden. Darüber hinaus erfolgt eine vergleichende Betrachtung von mechanischer Stabilität abhängig von der Vorbehandlung des Metalls mit und ohne Haftvermittler sowie mit und ohne Laserstrukturierung. Um die in der Anwendung geforderten Taktzeiten der Bauteilherstellung zu erreichen, wird spezielle Lasersystemtechnik zur Prozessbeschleunigung mittels Parallelisierung und Robotik entwickelt.

Ergebnisse
Bei diesem Fügeprozess ist die Anhaftung von mikrostrukturiertem Metall und FKV signifikant von der Oberflächen- und Strukturbodenrauheit des Metalls sowie resultierenden Hinterschneidungen abhängig. Im Projekt konnte eine verbesserte Anhaftung durch statistische, hierarchische Strukturen, wie in den Abbildungen unten dargestellt, erreicht werden. Die resultierenden Verbindungsfestigkeiten sind vergleichbar beziehungsweise besser als bei der Verwendung eines Haftvermittlers. Eine weitere Steigerung der Verbindungsqualität sowie der Prozessbeschleunigung wird untersucht. Für die Parallelisierung des Strukturierungsprozesses wird eine Lasersystemtechnik mit einem Spatial Light Modulator (SLM) zur Erzeugung einer arbiträren Strahlgeometrie realisiert. Untersuchungen mit neuen SLMs zeigen eine gute Verwendbarkeit auch bei hohen Laserleistungen (> 150 W).