Ziel der Entwicklung
Flächenmaterialien auf Basis synthetischer und natürlicher Polymerwerkstoffe kommen in zahlreichen Industriebranchen und den vielfältigsten Anwendungsbereichen zum Einsatz. Neben den inhärenten Material- und Produkteigenschaften sind für konkrete Zielanwendungen vor allem die Verarbeitungsqualität und -quantität entscheidend. Die Auswahl und Eignung entsprechender Trenntechniken und Schneidverfahren zur Herstellung zielgerichteter Zuschnitte richtet sich dabei nicht allein nach der Art des Materials bzw. der Anwendung, sondern viel häufiger auch danach, mit welcher Präzision, Flexibilität und Schnelligkeit der Prozess erfolgt. Sowohl die hohe Material- und Produktvielfalt als auch die steigenden Kunden- und Spezifikationsanforderungen veranlassen die materialverarbeitenden Unternehmen und Materialprüfdienstleister, nach Lösungen für innovative, vielseitige und automatisierbare Schneidtechnologien zu suchen. Die klassische Probenvorbereitung für Standardprüfverfahren setzt auf zeitaufwendige iterative Präparationstechniken mit manueller mechanischer Probekörperentnahme und folglich einem großen Fundus an normkonformen Stanz- und Schneidwerkzeugen, deren Maße und Toleranzen es seitens des Prüfdienstleisters im Hinblick auf die Maßhaltigkeit der Probekörper (nicht selten Präzisionsanforderungen von ± 0,1 mm) regelmäßig zu überprüfen gilt. Diese Verfahren sind vor allem hinsichtlich ihrer Flexibilität, ihrem Potential zur Einbindung in bestehende 4.0 in-line-Prozesse, aber auch in der Herstellung komplexer Probekörpergeometrien, Einschränkungen bezüglich Werkzeugbau, limitiert.
Vorteile und Lösungen
Die Eignungs- und Vergleichsbeurteilung der Laserschneidprozesse gegenüber den klassischen Präparationstechniken erfolgte anhand von Prozessbeobachtungen und nachgehenden analytischen, mikroskopischen, geometrischen und kennwertbasierten Eigenschaftsbestimmungen. Tiefgreifende Materialveränderungen an den Schnittkanten innerhalb der laserinduzierten Wärmeeinflusszonen in Form von Aufschmelzen und Wiedererstarrung, Strukturerweichung oder -verhärtung hatten zur Folge, dass sich die mechanischen Kennwerte der Probekörper jener Untersuchungswerkstoffe mit ausgeprägtem thermoplastischen Anteil beziehungsweise schmelzflüssigen Zustand von denen klassisch präparierter Prüflinge mit erhaltener originärer Struktur signifikant unterscheiden oder aufgrund von unzulässigen Form- und Geometrieabweichungen nicht ermittelbar waren. Hingegen wurden die Laserschneidprozesse an Leder, Lederfaserwerkstoffen, PUR-/TPU-beschichteten Textilien, EPDM-Bahnenwaren, PUR- und EPP-Schaumstoffen vielmehr von Verbrennung und Sublimation dominiert. Die damit einhergehenden Ruß- und Niederschlagsbildungen und Farbveränderungen konnten durch gezielte Prozessoptimierung reduziert werden und hatten mehrheitlich keinen bis minimalen Einfluss auf die Zug-, Weiterreiß- und Biegeeigenschaften der Probekörper.
Zielgruppe und Zielmarkt
Es war möglich, Probekörper für Zug- (Biaxial-Zug-), Weiterreiß- und Biegeversuche aus Leder, Lederfaserwerkstoffen, PUR-beschichteten Textilien/Kunstledern, elastomeren Bahnenwaren und dünnen Schaumstofflagen (vor allem auf PUR-Basis) ohne eigenschaftsbestimmende Strukturauswirkungen unter Anwendung der CO2-Laserschneidtechnologie mit dem Hinweis auf farbliche Veränderungen an den Schnittkanten alternativ zur mechanischen Präparationstechnik herzustellen. Als Zielmärkte für die Verfahrensweisen zur Probenpräparation unter Einsatz der Laserschneid-technologie kommen Prüflaboratorien und alle die avisierten Materialien verarbeitenden Unter-nehmen mit eigener Materialprüfung zur Prozesskontrolle und Qualitätssicherung in Frage. Das technische und materialspezifische Knowhow zum Laserschneiden flexibler Verbundmaterialien ist aber auch generell für Hersteller, Designer und Verarbeiter von Bedeutung.
