Qualitätsgesicherte Prozesskettenverknüpfung zur Herstellung höchstbelastbarer intrinsischer Metall-FKV-Verbunde in 3D-Hybrid-Bauweise (QPro)

Problemstellung
Nach dem Prinzip „Der richtige Werkstoff an der richtigen Stelle in richtiger Menge“ können mit der funktionsgerechten Kombination verschiedener Materialien in einem Karosseriebauteil wesentliche Gewichtsreduktionen ohne Einschränkungen der Funktionalität erzielt werden. Besonders die Verstärkung von hochfesten Stählen oder Leichtmetallen mit thermoplas-tischen Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen birgt erhebliches Leichtbaupotenzial. Die gleichzeitige Verarbeitung dieser Werkstoffe zu dreidimensionalen Hybrid-Bauteilen ist fertigungstechnisch bereits möglich, jedoch genügt die Haftfestigkeit der Verbindungen oft noch nicht den Funktions- und Sicherheitsanforderungen. Für die Serienfertigung solcher Bauteile muss deshalb die gleichbleibend hohe Verbindungsqualität mit durchgängiger Automatisierung und qualitätssichernder Überwachung der Herstellungsprozesse sichergestellt werden.

Projektziel
Wesentliches Ziel des Forschungsprojekts Q-Pro ist die Ertüchtigung der 3D-Hybrid-Technologie zur Verbindung metallischer Strukturen mit Thermoplasten für den Großserien-Fertigungsprozess. Dafür müssen bisher separate Fertigungsschritte zu einer durchgängigen Prozesskette verknüpft, geeignete Oberflächen-Vorbehandlungsverfahren ermittelt und deren Prozessparameter sicher vorherbestimmt sowie die Online-Prozessüberwachung und -Qualitätssicherung gelöst werden.

Vorgehensweise
Die vorausgehende Simulation der Prozessabläufe soll die Vorhersage der Verbindungs- und Bauteileigenschaften, wie z. B. die Haftfestigkeit, sowie die Vorherbestimmung von Prozessparametern, wie z. B. die Laserbearbeitungsgeschwindigkeit, ermöglichen. Mittels innovativer Laserbehandlung der metallischen Verbindungsflächen soll die bestmögliche Haftung zwischen Metall und Kunststoff erzielt werden. Neuartige, der jeweiligen Werkstoffkombination angepasste online-Qualitätssicherungsmethoden sollen dabei die maximale Zuverlässigkeit der Multimaterial-Verbindung sicherstellen. Auch die automatisierte Handhabung und Ablage der Werkstoffe im Herstellungsprozess mittels adaptierter Greiftechnik soll prototypisch gelöst werden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Ergebnis des Forschungsvorhabens wird eine durchgängige Fertigungsprozesskette zur Herstellung von Multi-Material-Leichtbaustrukturen sein, welche vollautomatisiert gefertigt werden und deren Qualität unter Einsatz von Online-Qualitätssicherungsmethoden gesichert wird. Die prozesstechnischen Ergebnisse werden dem FOREL Forschungs- und Technologiezentrum zur Verfügung gestellt und dort zu einer Fertigungssystematik für die ressourceneffiziente Herstellung von Karosserie-Leichtbaustrukturen für Elektromobile zusammengeführt. Die Vorhabenergebnisse können über den Automobil-Karosseriebau hinaus auch für die Herstellung von Leichtbau-Tragstrukturen in der Luftfahrt sowie im Schienen- und Wasserfahrzeugbau Anwendung finden.

• BLZ Bayerisches Laserzentrum Gemeinnützige Forschungsgesellschaft mbH
• Christian Karl Siebenwurst GmbH & Co KG Modellbau & Formenbau
• Dr. Ing. h.c. F. Porsche Aktiengesellschaft
• ENGINEERING SYSTEM INTERNATIONAL GMBH
• Hengstmann Solutions GmbH
• MITRAS Composites Systems GmbH
• Technische Universität Dresden
• TRUMPF Laser- und Systemtechnik AG
• Universität Stuttgart
• VOLKSWAGEN AKTIENGESELLSCHAFT