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Innovative Leichtbaukonzepte für Karosserie- und Flugzeugbau vertrauen zunehmend auf das Multi-Material-Design. Eine besondere Herausforderung stellt dabei der Fügeprozess dar. Hierzu sind effiziente Prozessketten erforderlich, bei denen abgestimmt auf den konkreten Lastfall eine optimierte Vorbehandlungs- und Fügetechnologie sowie angepasste Werkzeuge zur Prozesssimulation und Eigenschaftscharakterisierung zum Einsatz kommen.

Post- und In-Mould Assembly-Prozesse, mechanische Fügeverfahren wie Schrauben und Nieten und das Kleben sind bisher gängige Verfahren, um zuverlässig artungleiche Fügeverbindungen herzustellen. Spezifische Restriktionen dieser Verfahren ergeben sich insbesondere durch:

• eingeschränkte Geometriekomplexitäten,
• lokale Querschnittsverminderungen mit gestörtem Kraftfluss bei Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV),
• die Notwendigkeit zur Einbringung von Zusatzmaterialien
• sowie verlängerte Prozesszeiten.

Deshalb werden neue Fügeverfahren ohne die genannten Restriktionen und mit kurzen Fügezeiten gesucht.

Basierend auf ausgeprägtem Werkstoffwissen und Prozess- Knowhow zu laser- und plasmabasierten Fertigungsverfahren werden am Fraunhofer IWS Dresden neben Oberflächenvorbehandlung und Klebtechnologien auch Verfahren zum thermisch induzierten Fügen untersucht. Die thermischen Direktfügeverfahren zeichnen sich durch kurze Fügezeiten und die Substitution von Zusatzmaterial (z. B. Klebstoff) aus.

Beim Fügen von Mischverbindungen aus Metall und Thermoplast greift das IWS auf belastungsgerechte Oberflächenstrukturierungen, haftvermittelnde Schichten und unterschiedliche Erwärmungskonzepte zurück. Die applikationsangepasste Erwärmung erfolgt mit Laserstrahlung, Heizelementen oder Induktion.

Auf Basis numerischer Simulationen wird der erforderliche Wärmeeintrag an die jeweilige Werkstoffpaarung sowie Fügeteilgeometrie technologieabhängig angepasst, um ein ausreichendes Schmelzvolumen ohne Schädigungen der Grundmaterialien zu erhalten.