Легкая конструкция имеет большой потенциал для промышленности. Автомобили и самолеты потребляют меньше топлива, когда они легче и, следовательно, имеют более низкие выбросы CO 2. Вес особенно важен для электромобилей: чем легче автомобиль, тем больше диапазон, который возможен при одной зарядке аккумулятора
В дополнение к легким металлам, таким как алюминий, все чаще используются армированные волокном пластмассы. Важно использовать соответствующий материал в нужном месте. Металлы необходимы, например, там, где требуются высокая прочность на сжатие и низкая эластичность - например, с помощью винтовых соединений. Для сложных изделий, таких как автомобили, используются оба материала и, соответственно, смешанные соединения из пластика и металла.
Картинная галерея
Картинная галерея с 6 картинками
Альтернатива клею и шурупам
Задача состоит в том, чтобы соединить пластиковые и металлические компоненты максимально эффективно, быстро и стабильно, то есть надежно соединить их. До сих пор материалы соединялись в основном с использованием клеев, объясняет Александр Фукс из Института станкостроения и наук управления в Техническом университете Мюнхена (iwb). Но этот процесс сложный. Сначала клей должен быть дозирован и нанесен. Склеиваемые компоненты должны быть зафиксированы во время отверждения клея.
Соединение материалов с помощью винтов и заклепок также имеет недостатки. Поскольку дополнительный материал соединительных элементов увеличивает массу компонентов. Существует также риск того, что отверстия повредят конструкцию и, таким образом, уменьшат прочность армированного волокном пластика.
Лазерная обработка поверхности
В Институте станкостроения и наук управления (IWB) ведутся работы над процессами, с помощью которых металлы и термопласт, то есть легкоплавкие пластмассы, могут быть соединены вместе с высокой прочностью с использованием тепла. Для этого поверхность металла сначала структурируется лазерным излучением и снабжается небольшими полостями.
Андре Хекерт, научный сотрудник iwb, исследует, среди прочего, как различные виды обработки поверхности лазером влияют на прочность пластмассы и металла. Структуры в диапазоне от нанометров до нескольких миллиметров в высоту могут генерироваться лазерным излучением. «Какая структура поверхности обеспечивает наилучшие композитные свойства, зависит от используемых материалов», - объясняет Хеккерт.
Он обнаружил, что рисунок канавки глубиной в несколько десятых миллиметра особенно подходит для пластиков, армированных короткими волокнами. С другой стороны, тонкие поверхностные структуры, создаваемые с помощью импульсных лазерных систем, особенно эффективны с так называемыми непрерывными волокнистыми пластиками.
Коротко и безболезненно: соединение через нанофили
После структурирования лазером металл и пластик спрессовываются вместе. В этом состоянии металл нагревается до тех пор, пока пластик не расплавится и не заполнит полости. После охлаждения создается стабильное соединение.
Ученые используют три разных метода для получения тепла, необходимого для соединения. Необходимое тепло может также генерироваться лазерным излучением для расплавления пластика. При так называемом фрикционном прессе тепловая энергия генерируется в форме трения. Цилиндрический инструмент вращается на металлической поверхности под определенным давлением.
Совершенно другой метод - очень быстрое соединение с использованием нанопленок. При воспламенении нанопленки создают очень высокие температуры от 1000 до 1500 ° С. Это тепло используется для соединения пластика и металла. С помощью этой технологии, например, металлические держатели кабелей могут быть прикреплены к фюзеляжу самолета за очень короткое время через термопластичный промежуточный слой. (Ага)