Additiv gefertigte Kunststoffbauteile richtig kleben
Bei dem aktuellen Forschungsvorhaben "Erforschung des Einflusses material- und prozessbedingter Eigenschaften von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen auf Klebprozesse zur Erhöhung der Verbindungsqualität" am Würzburger SKZ stehen die Klebeignung und Optimierung von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen für einen anschließenden Klebprozess im Fokus der Untersuchungen.
Additive Fertigungsverfahren wie Laser Sintern (LS) oder Fused Layer Modeling (FLM; auch: Fused Filament Fabrication – FFF, Fused Deposition Modeling – FDM) finden aktuell verstärkt Einsatz in der Automobilbranche und in der Luft- und Raumfahrttechnik. Dies liegt unter anderem daran, dass diese Verfahren die Möglichkeit bieten, schnell und kostengünstig Kleinserien zu produzieren. Weitere Vorteile sind die – im Vergleich zum Spritzgießen – geringen Werkzeug- bzw. Gerätekosten und die große geometrische Vielfalt bei der Bauteilauslegung.
Additive Fertigungsverfahren haben allerdings den Nachteil, dass die Größe des Bauraums limitiert ist. Die Fertigung größerer Bauteile erfordert daher einen Fügeprozess. Hier weist das Kleben große Vorteile gegenüber anderen Fügeverfahren auf. So bietet das Kleben beispielsweise die Möglichkeit, Hybrid-Verbindungen (Metall-Kunststoff) herzustellen. Durch die flächige Kraftübertragung werden außerdem Spannungsspitzen wie beim mechanischen Verbinden (Schrauben, Nieten) vermieden. Die Bauteile erfahren während des Klebens keine thermische Beanspruchung wie etwa beim Schweißen. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich aufgrund der Dimensionsunabhängigkeit des Klebens auch kleine Bauteile fügen lassen.
Bei bestimmten Eigenschaften, die für das Kleben prozessrelevant sind, unterscheiden sich additiv gefertigte Kunststoffbauteile jedoch von konventionell gefertigten Bauteilen. Daher sind etablierte Vorbehandlungs- und Klebprozesse nicht ohne weiteres auf additiv gefertigte Kunststoffbauteile übertragbar.
Suche nach geeigneten Oberflächenvorbehandlungsmethoden
Aufgrund dieser Problematik hat das SKZ das Forschungsvorhaben „Erforschung des Einflusses material- und prozessbedingter Eigenschaften von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen auf Klebprozesse zur Erhöhung der Verbindungsqualität“ gestartet. Ziel dieses Vorhabens ist es unter anderem, die entscheidenden Einflussgrößen der additiven Fertigung auf Klebprozesse zu identifizieren und zu bewerten. Insbesondere sollen hier die Porosität der Bauteile, die Topographie und damit auch die Rauheit sowie die fertigungsbedingte Bauteil-Anisotropie und die Schichthaftung detailliert betrachtet werden. Eine weitere Zielsetzung liegt darin, geeignete Oberflächenvorbehandlungsmethoden abzuleiten und zu optimieren, um die Klebfestigkeit zu erhöhen. Hier werden in erster Linie die Vorbehandlungen mittels Atmosphärendruckplasma, Beflammen und Primern betrachtet. Am Ende des Projekts sollen konkrete Handlungsempfehlungen für die additive Fertigung mit anschließendem Klebprozess gegeben werden.
Das IGF-Vorhaben 19629 N der Forschungsvereinigung „Fördergemeinschaft für das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum e. V.“ wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.