Kunststoffe und Metalle durch Wärme direkt fügen

Das thermische Direktfügen stellt einen innovativen Ansatz zum Herstellen von Metall-Kunststoff-Verbindungen dar. Metall und Kunststoff werden lokal erwärmt und vergleichbar zu einem Schweißprozess gefügt. Die erwarteten Vorteile des thermischen Direktfügens sind kurze Taktzeiten, umfangreiche Möglichkeiten in der Prozessüberwachung und eine hohe Chance für die Automatisierung von Produktionsprozessen. Es liefert damit viele Ansätze zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit. Zusätzlich erlaubt das thermische Direktfügen aufgrund des möglichen Reverseprozesses beziehungsweise „Entfügens“ auch die Entwicklung innovativer Reparaturkonzepte und eine sortenreine Materialtrennung am Lebensende des Bauteils. Dadurch erfüllt dieses Verfahren im Gegensatz zu den meisten Alternativen im Multi-Material-Leichtbau die Anforderungen der Europäischen Union zur sicheren Integration in Kreislaufwirtschaftskonzepte. Das Fügeverfahren hat damit ein großes Potenzial, sich zukünftig zu einem etablierten Fügeverfahren für Metall-Kunststoff-Verbindungen zu entwickeln, das sowohl in der Serien- als auch in der Einzelteilfertigung nutzbar ist.

Im Forschungsvorhaben werden Fügeverfahren basierend auf Induktion und Einsatz von keramischen Hochrate-Heizelementen untersucht. Die Schwerpunkte der Vorbehandlungstechniken bilden zum Beispiel Laserstrukturierung und Plasmaverfahren zur Oberflächenmodifizierung der Fügepartner. Diese Strukturierung der Metalloberfläche wirkt festigkeitssteigernd durch Verzahnung von Metall und Kunststoff. Mit Plasmabehandlung wird untersucht, ob die häufig schwachen physikalischen Wechselwirkungen zwischen Metall und Kunststoff gezielt verstärkt werden können. Die Festigkeit der hergestellten Verbindungen wird im Vergleich mit alternativen Fügemethoden getestet, insbesondere dem Kleben, und schließt unter anderem eine notwendige hohe Temperaturwechselfestigkeit ein.