Hybride Leichtbaukonstruktionen ermöglichen hochfunktionale, komplexe Strukturen. Die Schnittstellen zwischen verschiedenen Leichtbaumaterialien oder zur Funktionsschicht sind häufig Strukturschwachstellen. Dieser Artikel befasst sich mit dem universellen „Interface-Design durch Laseroberflächenbehandlung” für Multimaterial-Verbindungen [1,2] und für Funktionsbeschichtungen.

Beispiel für klebstoff- und zusatzkomponentenfreie Multimaterialbaugruppen ist ein automobiler Querträger (BMWi-Förderprojekt MM4R, FKZ 03LB3026). Die spezifischen 3D-Laservorbehandlungen führten zu belastbaren Verbindungen für die Materialschnittstellen GFK vs. Metall (Scherzugfestigkeit >5,09 MPa), GFK vs. GFK (>6,5 MPa) und GFK vs. Spritzguss (>7,5 MPa).

Erfolgsbeispiel für die „Laservorbehandlung vor Funktionsbeschichtung“ ist die vollflächige GFK-Metallisierung (BMBF-Förderprojekt CHIMERA, FKZ 03XP0368). Durch Kombination von vollflächiger Laseraufrauung und tiefer gelaserten Gittergräben vor nachfolgendem Drahtlichtbogenspritzen (70 μm Zink) und atmosphärischem Plasmaspritzen (150 μm Kupfer) wurden 3D-Schichthaftung und EMV-Abschirmstärke erreicht und gegenüber Sandstrahlvorbehandlung erheblich verbessert; vollflächig geschlossene Kupferbeschichtungen waren nur mit dem Laserverfahren realisierbar [3,4].

Die Laservorbehandlung ermöglicht eine deutlich größere Bandbreite an Beschichtungsmaterialien auf FKV-Substraten und damit Funktionalitäten wie elektrische oder thermische Leitfähigkeit sowie Schutz vor Verschleiß, Feuer oder Medien – auch örtlich spezifisch ohne zeitaufwendige Abdeckverfahren.

Referenzen

[1] J. Gebauer et al. Laser structured surfaces for metal-plastic hybrid joined by injection molding. In: Journal of Laser Applications 30 (3), 2018, Article 032021. DOI: 10.2351/1.5036803.

[2] A. Liebsch; T. Kuntze et al. Improving the joint strength of thermoplastic composites joined by press joining using laser-based surface treatment. In: Journal of Advanced Joining Processes, 2024, volume 10, Article 100260. DOI: 10.1016/j.jajp.2024.100260

[3] M. Reif et al. Thermal Spray 2023: Proceedings from the International Thermal Spray Conference, 2023, pp. 330-335. DOI: 10.31399/asm.cp.itsc2023p0330

[4] J. Gebauer et al. Thermal Spray 2024: Proceedings from the International Thermal Spray Conference; 2024; pp. 365-375

Dipl.-Ing. Thomas Kuntze