Erzeugung von Hybridbauteilen aus additiv gefertigten Kunststoffbauteilen und metallischen Grundkörpern mittels laserbasiertem Schmelzkleben

摘要

Die Nachfrage nach Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen nimmt seit Jahren zu. Hybridbauteile ermöglichen dabei durch eine optimale Ausnutzung der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften von Kunststoffen und Metallen an verschiedene Lastfälle angepasste lokal variable Bauteileigenschaften. Neben konventionellen Fertigungsverfahren, wie dem Verkleben der unterschiedlichen Werkstoffe, stellt das laserbasierte Schmelzkleben einen vielversprechenden und innovativen Ansatz dar [1]. Der Prozess ermöglicht eine flexible und berührungslose Herstellung von Kunststoff-Metall-Hybriden. Die verschleißfreie Wirkungsweise des Laserstrahls führt zu einer lokalen, berührungslosen Erwärmung des zu fügenden Metalls (Bild 1). Das darunterliegende Kunststoffbauteil wird aufgrund der Wärmeleitung lokal aufgeschmolzen und benetzt unter Druck die metallische Oberfläche, sodass nach einer Abkühlphase eine feste Verbindung zwischen den Werkstoffen ohne den Einsatz eines zusätzlichen Klebstoffs entsteht. Der Thermoplast erfüllt somit beim laserbasierten Schmelzkleben sowohl Klebstoff-als auch Bauteilfunktionen. Indem der aus Kunststoff bestehende Fügepartner nicht mittels Spritzguss oder Extrusion, sondern mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren hergestellt wird, lassen sich die möglichen Anwendungsfelder von Hybridbauteilen noch zusätzlich erweitern. Additive Fertigungsverfahren, wie das selektive Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen (LSS), erlauben die direkte Erzeugung von komplex geformten Bauteilen, die nicht mittels anderer Verfahren realisierbar sind, aus CAD-Dateien ohne formgebende Werkzeuge mit sehr hohen Bauteilfestigkeiten. Im vorliegenden Artikel werden daher metallische Grundkörper und additiv hergestellte Kunststoffbauteile mittels laserbasiertem Schmelzkleben gefügt, um das Anwendungspotential solcher Hybridbauteile zu bestimmen.