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Diodenlaser für das Tapelegen mit CFK-Bändern
Mit Diodenlaser gewickeltes Rohr aus faserverstärktem Kunststoff (CFK)
Diodenlaser von Laserline revolutionieren das Tapelegen und -wickeln faserverstärkter Verbundkunststoffe. Das temperaturgeregelte und lokale Aufschmelzen der Thermoplastmatrix ermöglicht eine direkte Fertigstellung des Bauteils und ersetzt die umständliche Aushärtung in einem Heißluftautoklaven. Führende Flugzeughersteller nutzen das diodenlasergestützte Tapelegen von Faserverbund-kunststoffen für die Fertigung von Rumpf- und Flügelkomponenten.
Rohrwickeln und Tapelegen am Beispiel des Unternehmens AFPT GmbH
Die Laserline GmbH hat es sich zur Aufgabe gestellt, das Tapelegen mittels Diodenlaser effizienter zu gestalten. Flugzeugteile, Druckbehälter, Dichtungen oder Rohr- gestänge aus faserverstärkten Verbundkunststoffen auf Plastomerbasis (z.B. CFK) verdrängen zunehmend konventionelle Konstruktionen aus Stahl und Aluminium. Sie bieten Gewichtseinsparungen von bis zu 70 % bei besseren mechanischen Eigenschaften.
Tapelegekopf der Firma AFPT GmbH im Einsatz mit Diodenlaser
Die AFPT GmbH nutzt das in Form eines Bandes (engl. „tape“) bereitgestellte Material und wickelt es um bzw. legt es in eine entsprechende Form. Das Tape wird hierbei im Zwickelbereich aufgeschmolzen. Eine schnelle, zeitlich und räumlich kontrollierte Aufwärmung der Thermoplastmatrix wird mit einem Diodenlaser sehr effizient erreicht.
In enger Zusammenarbeit mit der AFPT GmbH hat Laserline spezielle Homogenisieroptiken entwickelt, die einen rechteckigen Laserfokus mit sehr gleichförmiger Energieverteilung erzeugen, um CFK-Bänder bis typisch 1 Zoll Breite homogen zu erwärmen. Integriert in den vom Kunden entwickelten sehr kompakten Tapelege-Kopf führt ein Roboter diese Einheit über die entsprechende 3D-Preform. Eine koaxiale Multi-Point-Temperaturregeleung kontrolliert die Laserleistung und stellt eine Erwärmung des Materials unterhalb der Zersetzungstemperatur sicher.
Verfahrensprinzip des Tapelegekopfes (Skizze: AFPT GmbH)
Seit 2009 werden Diodenlaser für die Fertigung von CFK-Serienbauteilen eingesetzt. Mit speziellen Homogenisieroptiken und Laserleistungen bis 3 kW werden Tapelege-Geschwindigkeiten von mehreren Metern pro Minute erreicht, bei sehr gutem Prozesswirkungsgrad. Das fasergekoppelte Diodenlasermodul LDM 3000-100 gibt dem Kunden die Flexibilität, unterschiedliche Bandbreiten und Bauteilgeometrien bearbeiten zu können. Der geringe Platzbedarf des Diodenlasers und die hohe Effizienz ermöglichen es dem Kunden, eine kompakte Schweißzelle inklusive der erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen aufzubauen, die für den Straßentransport geeignet ist.
