Grundlegende Untersuchung der thermischen Schädigung von kohlefaserverstärkten Kunststoffen beim Laserstrahltrennen mittels Hochleistungslasern

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Heinz Haferkamp (†)
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering
• Term: from 2010 to 2014
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 161323000

Im Bereich der CFK-Bauteilfertigung sind zur Produktionssteigerung Verfahren gesucht, die eine schnelle, flexible und kostengünstige Bearbeitung sicherstellen. Obwohl das Laserstrahltrennen diesen Anforderungen prinzipiell gerecht wird, scheitert der Einsatz dieses Verfahrens bisher an einem mangelhaften Kenntnisstand zu den Auswirkungen der thermischen Bearbeitung auf den Werkstoff bzw. das Werkstoffverhalten. Im Rahmen von eigenen Vorarbeiten des Antragstellers konnte aufgezeigt werden, dass durch heute verfügbare Hochleistungsstrahlquellen ein Trennen von CFK-Proben bei sehr hohen Geschwindigkeiten und einer minimierten Wärmeeinflusszone durchgeführt werden kann. Um langfristig gesehen einen Einsatz des Laserstrahltrennens in der CFK-Fertigung zu ermöglichen, sind jedoch Arbeiten notwendig, die den Einfluss der thermischen Bearbeitung sowie die dabei auftretenden Strahl-Stoff-Wechselwirkungsphänomene auf werkstofflicher Ebene grundlegend klären. Ziel der hier vorgeschlagenen Untersuchungen ist daher die Erarbeitung eines grundlegenden Prozessverständnisses beim Laserstrahltrennen von CFK mittels Hochleistungsstrahlquellen. Hierzu kommen eine Hochgeschwindigkeitskamera sowie eine Thermokamera zum Einsatz. Im Rahmen der Arbeiten soll die thermisch beeinflusste Zone in Abhängigkeit von der Prozessführung in ihrer geometrischen Ausdehnung bestimmt und analysiert werden. Durch geeignete Verfahren der zerstörungsfreien und zerstörenden Werkstoffprüfung werden die Auswirkungen einer möglichen, thermischen Schädigung des Werkstoffs auf die Material- bzw. Bauteileigenschaften identifiziert. Durch Korrelation mit den aus der Prozessbeobachtung gewonnenen Daten kann der Einfluss einzelner, bei der Bearbeitung auftretender Wechselwirkungsphänomene auf die Festigkeitskennwerte geklärt werden. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen soll abschließend eine Ableitung und Durchführung von Maßnahmen zur Prozessoptimierung erfolgen.

• DFG Programme: Research Grants