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Kleben von additiv gefertigten Kunststoffbauteilen

Additive Fertigungsverfahren wie Laser Sintern (LS) oder das Fused Layer Modeling (FLM; auch: Fused Filament Fabrication - FFF, Fused Deposition Modeling - FDM) finden aktuell verstärkt Einsatz in der Automobilbranche, der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik aufgrund der Möglichkeit, schnell und kostengünstig Kleinserien zu produzieren. Die im Vergleich zum Spritzguss geringen Werkzeug- bzw. Gerätekosten und die große geometrische Vielfalt bei der Bauteilauslegung sind weitere Vorteile dieser Fertigungsverfahren.

    Kleben von Laser gesinterten Probekörpern

Ein großer Nachteil der genannten Verfahren ist allerdings die limitierte Größe des Bauraums. Für die Fertigung größerer Bauteile ist folglich ein Fügeprozess notwendig. Hier zeigt Kleben aufgrund von der Möglichkeit, Hybrid-Verbindungen (Metall-Kunststoff) zu fügen und über flächige Kraftübertragung Spannungsspitzen wie beim mechanischen Verbinden (Schrauben, Nieten) zu vermeiden, große Vorteile gegenüber anderen Fügeverfahren. Beim Kleben erfahren die Bauteile weiterhin keine thermische Beanspruchung wie beim Schweißen und es lassen sich auch sehr kleine Bauteile fügen (Dimensionsunabhängigkeit des Klebens). Allerdings sind etablierte Vorbehandlungs- und Klebprozesse nicht ohne weiteres auf additiv gefertigte Kunststoffbauteile übertragbar, da sich durch das andere Fertigungsverfahren für einen anschließenden Klebprozess relevante Bauteilcharakteristika von denen konventionell gefertigter Bauteile unterscheiden. 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. Die Identifikation und Bewertung der entscheidenden Einflussgrößen der additiven Fertigung auf Klebprozesse sind ein Ziel dieses Forschungsvorhabens. Insbesondere sollen hier die Porosität der Bauteile, die Topographie und damit auch die Rauheit, die fertigungsbedingte Bauteil-Anisotropie und die Schichthaftung detailliert betrachtet werden. Ein weiteres Ziel ist die Ableitung und Optimierung geeigneter Oberflächenvorbehandlungs-methoden zur Erhöhung der Klebfestigkeit. Hier werden in erster Linie die Vorbehandlung mittels Atmosphärendruckplasma, das Beflammen und die nasschemische Vorbehandlung mittels Primer betrachtet. Am Ende des Projekts sollen konkrete Handlungsempfehlungen für die additive Fertigung mit anschließendem Klebprozess gegeben werden.

Das IGF-Vorhaben 19629 N der Forschungs-vereinigung „Fördergemeinschaft für das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum e. V.“ wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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