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Laserbearbeitung von Naturfaserverbund- und Holzwerkstoffen - Natur vs. Glas oder Aramid
Dipl.-Chem. S. Barcikowski, Laser Zentrum Hannover e. V., Hannover Anhand von Bearbeitungsaufgaben aus der Praxis kann die Laserbearbeitung von Naturfaserverbund- und Holzwerkstoffen technologisch und betriebswirtschaftlich bewertet und den Ergebnissen aus der Laserbearbeitung von glas- und aramidfaserverstärkten Kunststoffen gegenüber gestellt werden. Am Beispiel von Türinnenverkleidungselementen im Automobilbau wird deutlich, dass lasergestützte Verfahren wie das Laserstrahltransmissionsschweißen und Laserstrahltrennen /3/ ein hohes Potenzial zur Bearbeitung von Naturfaserverbund- und Holzwerkstoffen aufweisen. Typische Anwendungsfelder des CO2-Laserstrahltrennens sind die Verpackungsindustrie (insbes. der Stanzformenbau), die Möbelindustrie, sowie die Automobilindustrie. Beim CO2-Laserstrahlschneiden von Formteilen werden Roboter zur Führung des Schneidkopfes eingesetzt. Als Laserstrahlquellen kommen vorzugsweise sealed-off Systeme mit Ausgangsleistungen von derzeit bis zu 600 W zum Einsatz, wobei die maximale Schnittgeschwindigkeit oftmals die Produktivität des Fertigungsschrittes bestimmt. Bei Kunststoffen mit 2 - 3 mm Werkstoffdicke werden Schnittschwindigkeiten von 2 - 15 m/min beim Konturschnitt mit 500 W Laserausgangsleistung erzielt. Zum Vergleich des werkstofflichen Einflusses auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit und -qualität wurden die Naturfaserverbundwerkstoffe Lignoflax (Flachsfaser-PP), Lignoflex (Holzfaser-Phenolharz) und Lignoprop (Holzfaser-Acrylat) untersucht und den Ergebnissen mit aramid- und glasfaserverstärkten Kunststoffen (AF-PP, GF-PP) gegenübergestellt. Es kam eine für Türinnenverkleidungsteile typische Werkstoffdicke von 2,5 mm zum Einsatz. Die Naturfaserverbundwerkstoffe konnten Schnittgeschwindigkeiten von 7 - 16 m/min erzielt werden. Die Schnittgeschwindigkeiten sind im Vergleich zu AFK und GFK um den Faktor 1,2 - 6,3 höher. Darüber hinaus sind bei den Naturfaserverbundwerkstoffen im Gegensatz zu den AFK und GFK keine Delaminierungen und Faserüberstände mittels Rasterelektronenmikroskopie nachweisbar. Für die Weiterverarbeitung dieser Teile stellt dies einen bedeutenden Faktor dar, da beispielsweise Faserüberstände nach der Textil- oder Kunststoffbeschichtung sichtbar sind und sich somit qualitätsmindernd auswirken können. Auch wirken sich Delaminierungen nachteilhaft auf die Festigkeit und das Energieabsorptionsvermögen des Bauteils aus. Als mögliche Ursache für einheitlichere Schnittfläche (und damit höhere Bearbeitungsqualität) beim Laserstrahlschneiden der Naturfaserverbundwerkstoffe kann die geringere Differenz in den thermophysikalischen Eigenschaftswerten zwischen Faser und Matrix genannt werden. Aus den mit 500 W Laserausgangsleistung erzielbaren Schnittgeschwindigkeiten resultieren im Vergleich zu AFK und GFK beispielsweise für das robotergeführte CO2-Laserstrahlschneiden im Dreischichtbetrieb um 10 - 80% geringere Betriebskosten, so dass Naturfaserverbundwerkstoffe aus technologischer und betriebswirtschaftlicher Sicht insbesondere im Vergleich zu AFK und GFK eine attraktive Werkstoffgruppe zur Laserbearbeitung darstellen. S. Barcikowski Laser Zentrum Hannover e.V. Hollerithallee 8 30419 Hannover phone: +49-05112788-377 fax: +49-05112788-100 e-mail: bk@lzh.de |
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