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Fix bohren in Carbon LZH-Forscher bohren CFK prozesssicher und flott per Laserstrahlen

Quelle: LZH 2 min Lesedauer

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Laser Zentrum Hannover e.V.
WFL Millturn Technologies GmbH & Co. KG
EPLAN GmbH
KEBA Industrial Automation GmbH

Schnell, präzise und verschleißfrei soll ein vom Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) entwickeltes Laserbohren sein, das die Bearbeitung von carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) erleichtert.

Das ist eine CFK-Sandwich-Struktur mit vielen kleinen Bohrungen, wenn man genau hinsieht. Das Besondere daran ist, dass ein neuartiges, automatisiertes Laserverfahren, das am Laser Zentrum Hannover (LZH) mit Partnern entwickelt wurde, das Ganze sehr produktiv bohrt.(Bild: LZH)
Das ist eine CFK-Sandwich-Struktur mit vielen kleinen Bohrungen, wenn man genau hinsieht. Das Besondere daran ist, dass ein neuartiges, automatisiertes Laserverfahren, das am Laser Zentrum Hannover (LZH) mit Partnern entwickelt wurde, das Ganze sehr produktiv bohrt.
(Bild: LZH)

Verbundwerkstoffe wie carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) eignen sich bekanntlich hervorragend für den Leichtbau und kommen unter anderem bereits länger im Automobil- und Flugzeugbau zum Einsatz. Um die Bearbeitung von CFK- und entsprechenden Sandwichmaterialien zu vereinfachen, haben Wissenschaftler des LZH mit den Partnern Invent und KMS Technology Center ein innovatives Verfahren mit zugehörigem Anlagenaufbau entwickelt, mit dem sich saubere Bohrungen in CFK automatisiert herstellen lassen. Bei diesem neuen Prozess wird ein Laserstrahl durch eigens dafür ausgelegte diffraktive optische Elemente auf Teilstrahlen aufgeteilt, sodass diese dann auf mehreren Punkten auf dem Material auftreffen, wobei gleichzeitig mehrere Bohrungen erzeugt werden. Im Optimalfall kann das mit bis zu 25 Teilstrahlen erfolgen, so dass der Bohrzyklus so kurz wird, wie er von keinem üblichen Verfahren erreicht werden kann, wie die Forscher betonen. Mit diesem Prozess konnte man am LZH Bohrungen anfertigen, die einen Durchmesser von nur 1,2 bis 0,25 Millimeter haben. Damit seien sie kleiner als Bohrungen, die aktuell mit herkömmlichen mechanischen Verfahren in Sandwich- und CFK-Werkstoffen erreicht werden könnten.

Per Laser gebohrte CFK-Platten machen Triebwerke leiser

Durch den Einsatz der KMS Technology Center gefertigten Optomechanik ist das automatisierte Bohren in CFK bei Bohrungsdurchmesser und Bohrbild auch noch sehr flexibel, ohne dass ein Werkzeugwechsel nötig wird. Interessant ist das Mikrobohren mit dem Laser etwa für die Luftfahrt. Und zwar, um Lärmemissionen von Flugzeugen zu verringern. Dazu werden schalldämmende Verkleidungselemente genutzt, mit denen beispielsweise Triebwerke auskleidet werden. Solche Bauteile werden häufig aus CFK oder CFK-Sandwichwerkstoffen hergestellt und dann auf einer großen Fläche mit vieln kleinen Bohrungen versehen. Für diese sogenannten Akustikbohrungen eigne sich das Mikrobohren mit dem Laser besonders gut, denn das Laserbohren erfolge zwangsläufig berührungslos und damit Materialschonend und verschleißfrei. Hohe Kosten durch Werkzeugverschleiß und Qualitätsprobleme durch stumpfe Bohrer sind deshalb passé. In akustischen Untersuchungen wurden die Schalldämpfungseigenschaften der lasergebohrten Sandwichpanels durch den Projektpartner Invent als sehr gut evaluiert.

Das Projekt „Mikrobohren von Sandwichwerkstoffen: Entwicklung eines Laserverfahrens“ („miBoS“) wird unter dem Förderkennzeichen 20T1926C vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

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