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Untersuchungen zum diodenlaserbasierten in-situ Tapelegen als Produktionstechnologie für einen großserienfähigen hybriden Leichtbau

Investigtion of a diode laser-based in-situ tape placement process as enabling production technology for large-scale hybrid lightweight design
 
: Peters, Tido

Aachen: Apprimus Verlag, 2020, XV, 182 S.
Zugl.: Aachen, TH, Diss., 2020
Ergebnisse aus der Produktionstechnik, 28
ISBN: 978-3-86359-913-3
ISBN: 3-86359-913-6
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Die gesetzlichen Forderungen zur Reduzierung der flottenweiten Emissionswerte zwingt die Automobilindustrie dazu, Entwicklungen zur Erreichung dieser ökologischen Zielgrößen voranzutreiben. Als Schlüsseltechnologie zur Emissionssenkung während der Nutzungsphase rückt der Leichtbau in den Fokus. Die Verringerung der Fahrzeugmasse resultiert in der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs respektive in der Verlängerung der Reichweite elektrifizierter Fahrzeuge. Letzteres erhöht die Marktdurchdringung der Elektrofahrzeuge und senkt den Flottenausstoß. Die Materialgruppe der thermoplastischen Faserverbundkunststoffe bietet das Potenzial, sowohl die Anforderungen des strukturellen Leichtbaus als auch die kurzen Taktzeiten der automobilen Produktion zu erfüllen. Demgegenüber stehen die hohen Materialkosten. Um die Balance zwischen Leichtbau- und Kostenoptimum zu ermöglichen, ist die Kombination von Metallen und thermoplastischen Faserverbundkunststoffen zu hybriden Strukturen von Bedeutung für den Automobilbau. Die Entwicklung innovativer Fertigungsverfahren, um die zwei verschiedenen Werkstoffe effizient und konturgenau zu verbinden, spielt daher eine zentrale Rolle. In dieser Arbeit wird daher die Weiterentwicklung des Fertigungsverfahrens des diodenlaserbasierten Tapelegens, um faserverstärkte Thermoplast-Tapes lokal auf Metallbauteile zu fügen, untersucht. Das Ergebnis ist sowohl ein neuartiges Fertigungssystem als auch der erbrachte Nachweis, dass durch die Verfahrensentwicklung hybride Strukturen mit höherer Konturgenauigkeit und besseren gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften bei großserienfähigen Prozessgeschwindigkeiten hergestellt werden können. Zunächst wird ein Modell, das die in-situ Konsolidierung von thermoplastischen Tapes auf laserstrukturierte Oberflächen von Metall beschreibt, wissenschaftlich erarbeitet. Die Modellvalidierung erfolgt in prozesstechnologischen Versuchsreihen, in denen die Einflüsse der Prozessparameter sowie der Einfluss einer Matrixanreicherung auf die Ausgangsgröße der Verbindungsqualität untersucht werden. Des Weiteren wird ein System mit einer zweiten Laserquelle entwickelt, durch dessen Einsatz wirtschaftliche Prozessgeschwindigkeiten ermöglicht werden. Schließlich wird der Nachweis erbracht, dass die entwickelte Technologie sowohl den mechanischen Eigenschaften hybrider Strukturen als auch einem verringerten thermischen Verzug zuträglich ist. Die Validierung erfolgt anhand eines hybriden Karosseriebauteils.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-618902.html