Laserbasiertes Schmelzkleben von Thermoplasten mit Metallen

Laser-based hot-melt bonding of thermoplastics to metals

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-145504
  • Berechenbare und prozesssichere Fügeverfahren sind ein Schlüsselfaktor für die Fertigung maßgeschneiderter Multimaterialbauteile aus Kunststoff und Metall für Leichtbauanwendungen. Nach dem aktuellen Stand der Technik und Forschung besteht vor allem für das Kleben von Kunststoff-Metall-Verbunde Forschungsbedarf. In dieser Arbeit wird deshalb das industriell noch nicht etablierte Verfahren des laserbasierten Schmelzklebens von Thermoplasten mit Metallen erforscht. Bisherige Studien thematisieren vor allem die Haftungsoptimierung durch Oberflächenvorbehandlung. Die vorliegende Forschungsarbeit vermittelt ein grundlegendes Prozessverständnis für das laserbasierte Schmelzkleben ohneBerechenbare und prozesssichere Fügeverfahren sind ein Schlüsselfaktor für die Fertigung maßgeschneiderter Multimaterialbauteile aus Kunststoff und Metall für Leichtbauanwendungen. Nach dem aktuellen Stand der Technik und Forschung besteht vor allem für das Kleben von Kunststoff-Metall-Verbunde Forschungsbedarf. In dieser Arbeit wird deshalb das industriell noch nicht etablierte Verfahren des laserbasierten Schmelzklebens von Thermoplasten mit Metallen erforscht. Bisherige Studien thematisieren vor allem die Haftungsoptimierung durch Oberflächenvorbehandlung. Die vorliegende Forschungsarbeit vermittelt ein grundlegendes Prozessverständnis für das laserbasierte Schmelzkleben ohne oberflächenvergrößernde Metallvorbehandlung unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Fügeteileigenschaften. Es wurden berechnungsgestützte und experimentelle Untersuchungen zur Analyse von Prozess-, Werkstoff-, Oberflächen- und Umwelteinflüssen auf die Klebfestigkeit durchgeführt und prozessrelevante Bedingungen festgelegt. Darüber hinaus wurde eine allgemeingültige Methodik zur berechnungsgestützten Prozessauslegung und -optimierung für das laserbasierte Schmelzkleben erarbeitet. Prozessfenster können nun mit minimiertem experimentellem Aufwand ermittelt werden, so dass zukünftig maßgeschneiderte Thermoplast-Metall-Verbunde mittels Laserstrahlung prozesssicher sowie effizient gefügt werden können.show moreshow less
  • Predictable and reliable joining techniques play a key role for manufacturing multi-material components consisting of metals and plastics for industrial lightweight constructions. Limited by the state of the art there is a particular need for research on bonding plastics to metals. Laser-based hotmelt bonding is a promising not yet industrially established joining technique that has high potential to fulfill the requirements. However, a holistic understanding of the process is still missing. The focus of previous investigations was on the optimization of adhesion by surface pretreatment of metal. This scientific work gives an in-depth process understanding of laser-based hot-melt bondingPredictable and reliable joining techniques play a key role for manufacturing multi-material components consisting of metals and plastics for industrial lightweight constructions. Limited by the state of the art there is a particular need for research on bonding plastics to metals. Laser-based hotmelt bonding is a promising not yet industrially established joining technique that has high potential to fulfill the requirements. However, a holistic understanding of the process is still missing. The focus of previous investigations was on the optimization of adhesion by surface pretreatment of metal. This scientific work gives an in-depth process understanding of laser-based hot-melt bonding without surface pretreatment. Considering the differences between plastics and metals calculation- and experiment-based investigations were performed to analyze the effect of process parameters, material properties, surface chemistry/topography and ambient conditions on the hybrid joint. Based on the scientific results, a general calculation-based method for process design and optimization for laser-based hot-melt bonding was developed. This method allows a systematically identification of suitable process parameters with minimal experimental effort. Due to this fact, thermoplastic metal hybrids can now be joined reliable and efficient using laser-based hot-melt bonding.show moreshow less

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Metadaten
Author:Philipp Amend
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-145504
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-327-4
ISBN:978-3-96147-327-4
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (347)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Michael Schmidt, Maik Gude
Advisor:Michael Schmidt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2020
Date of online publication (Embargo Date):2020/09/09
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2019/07/24
Release Date:2020/09/10
Tag:Laserbasiertes Schmelzkleben; Mischverbindung; Schmelzkleben; Thermoplast-Metall-Verbund
SWD-Keyword:Laserbearbeitung; Kleben; Mischbauweise; Metall; Kunststoff; Leichtbau; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xv, 150 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-326-7
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Photonische Technologien (LPT)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 621 Angewandte Physik
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 670 Industrielle Fertigung
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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