Untersuchung der Anbindung von Thermoplasten an ein Aluminiumhalbzeug im additiven Fertigungsprozess

Abstract

Die Anbindung zwischen technisch relevanten Aluminiumsubstraten der Legierung EN AW 6082 und den extrudierten Polymerwerkstoffen ABS, PETG und PLA wurde untersucht. Unter Berücksichtigung der Prozesscharakteristik der Werkstoffextrusion wurden die Zusammenhänge zwischen thermischer Prozessführung, Benetzung und Haftfestigkeit betrachtet. Die Thermographie ermöglicht eine Prozesskontrolle des thermischen Fügeprozesses. Benetzung und Adhäsion verbessern sich mit zunehmender Substrattemperatur. Unterschiede zwischen den Polymerwerkstoffen werden mit der chemischen Struktur und den Eigenschaften der Polymere korreliert. Ein werkstoffübergreifendes empirisches Modell zur Abschätzung der Haftfestigkeit basierend auf dem Benetzungsverhalten und den Polymereigenschaften wird vorgestellt. PETG-Aluminium-Verbunde mit geeigneter thermischer Prozessführung weisen die höchste Kurzzeithaftfestigkeit und Alterungsbeständigkeit auf und genügen den Anforderungen an eine strukturelle Klebung.

Technical relevant joints between aluminum substrates (EN AW 6082) and the extruded polymers ABS, PETG and PLA are investigated. Thermal processing, wetting and adhesion are correlated with each other, while considering the material extrusion process characteristics. Thermography enables process control of the thermal joining process. Wetting and adhesion are improved for increased substrate temperatures. Polymer specific differences in wetting and adhesion are correlated with the polymers chemical structure and properties. Based on wetting and polymer properties, an empirical model to estimate adhesion is presented. Proper processed PETG-Aluminum-joints offer the highest bond strength and aging resistance, sufficing the demands of a structural adhesive joint.