Mit Lasertechnik zur optimalen Haftfestigkeit

Saubere, modifizierte Oberflächen bilden die Grundlage für langzeitstabile Klebungen und Lackierungen. Die Oberflächenbehandlung mittels Laser bietet viele Vorteile gegenüber anderen Verfahren: Die Oberflächen werden nicht nur gereinigt, sondern in einem Ein-Schritt-Prozess werden parallel die Topographie und Chemie nach individuellen Bedürfnissen angepasst. Und das Ganze umweltschonend, ressourceneffizient und in einer kompakten Bauweise, die einfach in bestehende Prozessketten integriert werden kann. 

Herausforderungen bei der Haftfestigkeit von Lacken und Klebstoffen

Ein Versagen der Haftfestigkeit eines Lacks oder Klebstoffs kann oftmals auf einen unzureichenden Ausgangszustand der Bauteiloberfläche oder auf eine Veränderung der Grenzfläche während des Betriebes zurückgeführt werden. Aufgrund des Herstellungsprozesses, des Transports oder der Lagerung können Oberflächen eine Vielzahl von Verunreinigungen aufweisen. Je nach Materialklasse – Metalle, Kunststoffe, Verbundmaterialien, Keramiken, etc. – und Herstellungsverfahren liegen zudem lose anhaftende Grenzschichten oder brüchige Oxide vor. Während der Bauteilanwendung kann es an diesen Stellen zu einem Versagen der Haftfestigkeit kommen, insbesondere, wenn dies durch das Eindringen aggressiver Medien gefördert wird. Hinzukommen kann, dass sich die Grenzfläche zwischen Bauteil und Lack bzw. Klebstoff durch äußere Einflussfaktoren verändern kann, was ebenfalls ein Haftungsversagen bewirkt. Ein Beispiel hierfür stellt die native Oxidoberfläche von Titanlegierungen dar, die sich unter feuchtwarmen Bedingungen strukturell umwandelt.

Um die Bauteiloberflächen optimal für weitere Bearbeitungsschritte vorzubereiten und die Langzeitstabilität von Lackierungen und Klebungen zu gewährleisten, werden am Fraunhofer IFAM kundenspezifische Laserprozesse zur Oberflächenbehandlung entwickelt.

Reinigung und langzeitstabile Anpassung in einem Schritt

Beim Laser handelt es sich um ein abtragendes Verfahren, bei dem ein intensiver Lichtstrahl auf die Oberfläche fokussiert wird und diese abtastet. Je nach Wellenlänge und Leistung können dabei verschiedene Wechselwirkungen mit dem Bauteil eingestellt werden, welche sowohl für einen schonenden Reinigungsprozess als auch für eine Struktureinbringung genutzt werden können. Verschmutzungen, instabile Grenzflächen oder Oxide werden auf diese Weise entfernt. Der Laser kann die Oberfläche weiterhin chemisch und topographisch verändern. So kann je nach Anforderungen des Klebstoffs ein Oxid dichter und dicker aufgebaut aber auch reduziert werden. Weiterhin ist durch eine gezielte Struktureinbringung auf nano- bis mikroskopischer Ebene eine mechanische Verklammerung möglich, die selbst unter medialer Belastung eine starke Anbindung gewährleistet. Je nach Materialklasse, Bauteilgeometrie, Anwendungsfall und gewünschtem Durchsatz eignen sich herfür verschiedene Lasertypen.

Lasertechnik: Umweltschonend und ressourceneffizient

Ein großer Vorteil der Lasertechnik besteht darin, dass sie keine Strahlmittel oder chemischen Zusätze benötigt. Das abgetragene Material kann im gasförmigen Zustand durch eine lokale Absaugung entfernt und gesammelt werden. Die einzige für den Betrieb notwendige Ressource ist Strom. Damit stellt der Laser eine umweltschonende Alternative zu vielen nasschemischen oder mechanischen Vorbehandlungsverfahren dar. Seine kompakte Bauform und die je nach Lasertyp mögliche Führung an einem Portalsystem oder Roboter erlaubt zudem die flexible Implementierung in eine bestehende Prozesskette.

Ihr kompetenter Partner im Bereich der Laservorbehandlung für Klebungen und Lackierungen

Die Arbeitsgruppe »Lasertechnik« am Fraunhofer IFAM besitzt mehr als ein Jahrzehnt Erfahrung im Bereich der Laservorbehandlung von Oberflächen. Ergänzt wird diese an unserem Institut durch fundiertes Know-how im Bereich der Kleb- und Lacktechnik. Wir bieten unseren Kunden daher ein breites Portfolio an:

• Kommerzielle Laseranlagen für die Behandlung aller Materialklassen
• Auswahl geeigneter Lasertypen je nach Anforderungsprofil
• Fundierte Kenntnisse im Bereich der Laser-Substrat-Wechselwirkungen
• Kleb- und lackiertechnische Prüfungen bei uns im Haus
• Beratungen bei Entwicklungen / Prozesseinführungen
• Breite Auswahl an Partnerfirmen für mögliche Umsetzungen

Die Anwendungsfelder reichen vom Automobilbau, über die Flugzeugherstellung, Consumer Electronics, den Architekturbereich und der Windkraft bis hin zur Medizintechnik.