Metal-plast svejsning

Senest opdateret d. 13/4-2012
FORCE Technology
Resultatkontrakt 2013-2015 under temaerne Produktionsteknologi og Materialeteknologi
Torben Lorentzen
Forsknings- og Udviklingschef

Århus Universitet og FORCE Technology har opfundet en metode til at svejse metal til plast. Via en kemisk proces modificeres en metaloverflade så den efterfølgende kan sammenføjes med et plastmateriale ved anvendelse af en konventionel lasersvejsemetode. Opfindelsen åbner helt nye muligheder for udvikling af innovative industriprodukter, der kan give dansk industri tilgang til nye markeder og sikre danske produktionsarbejdspladser. Indenfor aktiviteten ønsker FORCE Technology, i samarbejde med industrien, at modne teknologien til fuld industriel implementering.

METAL-PLAST SVEJSNING

Institut: FORCE Technology

Kontaktperson: Torben Lorentzen

Ny viden og serviceydelser
I samarbejde med Århus Universitet har FORCE Technology gennemført et indledende og erkendelses orienteret udviklingsarbejde, der har demonstreret at det synes muligt at etablere en bæredygtig atomarfunderet sammenføjning af metal og plast.

Via en kemisk overflademodificerings proces dannes et tyndt lag kovalent-bundne polymerbørster på en metaloverflade. Efterfølgende kan dette nu overflademodificerede metal sammensvejse med et plastmateriale ved anvendelse af konventionel lav-effekt lasersvejsemetode.
Begge del-teknologier er gængse og fuldt udviklede teknologier, men kombinationen til en sammenføjningsteknologi for to, ellers inkompatible, materialer er ny, og patentanmeldt af Århus Universitet og FORCE Technology i samarbejde.
Modnes denne teknologi til et relevant industrielt niveau vil det være bane brydende og rumme mange muligheder for teknologiske nybrud i danske virksomheder mht. opbygning af nye innovative strukturer og komponenter.
Indenfor nærværende aktivitet gennemføres det nødvendige udviklingsarbejde for at modne og adaptere teknologien til relevant industriel skala og til relevant industrielt miljø.
Den opbyggede kompetence og de faciliteter, der tænkes etableret mhb. på at arbejde på industriel skala, vil blive udbudt som en service til dansk erhvervsliv. FORCE Technology vil her tilbyde industrien en bred palette af services omfattende:

  1. Demonstration af teknologiens potentiale på konkrete industrielle materialekombinationer
  2. Modning af teknologien til konkrete industrielle produkter
  3. Kvalitetssikring af processen
  4. Dokumentation af produkters performance
  5. Gennemførsel af proto-type udvikling
  6. Tilbyde pilot produktion
  7. Assistance ved fuld industriel implementering af teknologien

Centrale aktiviteter
For at modne teknologen til anvendelse på relevante industrielle materialer og materialekombinationer, vil vi i samarbejde med relevante industri-repræsentanter fra automobil- og transportsektoren, elektroniksektoren og medicosektoren, udvælge de tre til fem mest perspektivrige materialekombinationer. Med udgangspunkt i dette sub-set af muligheder, vil vi gennemføres et struktureret forsøgsteknisk udviklingsarbejde, hvor processen optimeres for hver enkelt materialekombination.

For at modne teknologien til industriel skala vil vi i samarbejde med de nævnte industrirepræsentanter identificere tre til fem perspektivrige produkter. For hvert af de repræsentativt industriprodukter vil vi på laboratorieniveau gennemføre en udvikling og adaptering af teknologien til de relevante komponent skalaer.
For at demonstrere at teknologien kan applicers i en egentlig industriel produktion af relevante produkter, vil vi sammen med industri-repræsentanterne udvælge to til tre virkelige produkter, og udvikle egentlige demonstrations objekter, der kan modne den industrielle interesse for et implementere teknologien i dansk industri.

Rationale for indsatsen
Mulighederne for direkte sammensvejsning af forskellige materialer er stærkt begrænsede. Inden for kombinationen af forskellige materialer og materialetyper ligger der mange spændende muligheder, som konstant udforskes og udvikles, og som er af stor interesse for industrien.

Potentialet er stort inden for eksempelvis bilindustrien, medicinalindustrien, elektronikindustrien, VE-energisektoren, levnedsmiddelindustrien, forsvars-, fly- og rumfartsindustrien samt sports- og underholdningsindustri – alle industrisegmenter, hvor Danmark fortsat har betydningsfulde levearndører til det globale marked.

En sammensvejsning af såkaldt ikke-kompatible materialer vil tilvejebringe at traditionelle processer som limning og lodning vil kunne afløses af en mere miljøvenlig proces, der byder på forbedret styrke, kvalitet, højere levetid og højere produktivitet.

I Styrelsen for Forskning og Innovation’ evalueringsrapport af FORCE Technology, dateret 31. maj 2011, fremhæves sammenføjning af metal og plast som et specielt interessant indsatsområde, der rummer et stort udviklingspotentiale og et stort kommercielt potentiale.

Mulige samarbejdspartnere
Udover et fortsat samarbejde med Århus Universitet, der er medejer af opfindelsen, venter vi på nationalt plan at etablere samarbejder med DTU/RISØ og AAU. Internationalt vil vi søge samarbejde med relevante universiteter med nær tilknytning til især den tyske bilindustri – eksempelvis  RWTH, SLV og  Fraunhofer Inst. für Lasertechnik.

17 kommentarer

Herunder er indlæg og kommentarer fra interessenter på aktiviteter og aktivitetsforslag.

hofmic
Onsdag d. 23/5-12 kl. 13:38

Tanken omkring af kunne hæfte plast på metal ved lasersvejsning, vil bestemt være en meget interessant ny applikation.

Det vil give nye muligheder. bla. hvor man i dag indbygger mekaniske tyndpladedele i plastemner.

Covi Precision A/S har altid interesse på nue teknologier og muligheder indenfor vors kompetenceområder indenfor laserteknologien.

Det bliver interessant at følge projektet og på sigt mere indgående at vurdere perspektiverne for industrien.

peter pedersen
Onsdag d. 23/5-12 kl. 16:08

Set i relation til en aktuel problematik, vi som produktionsvirksomhed arbejder med, kunne denne teknologi på sigt være særdeles interessant.

Målet er for os på et volumenprodukt, at kunne sammenføje rustfaste ståltyper direkte med en plast, uden at skulle applicere en lim. Limen sætter i dag begrænsninger for produktionshastighederne og kræver en vis hærdetid.

Potentialet for det påtænkte produkt indeholdende denne nye teknologi er stort, og relaterer sig til produktionen af energioptimale løsninger inden for vinduesindustrien.

Det rigtige produkt vil have et stort eksport potentiale.

Karen Juelsgaard Christiansen
Onsdag d. 23/5-12 kl. 20:33

Jeg arbejder i øjeblikket med en opfindelse af medicoteknisk udstyr. Apparatet er vurderet "novel" og af kommerciel værdi i sygehussektoren. I øjeblikket kører en markedsundersøgelse for at sætte tal på værdien. Aarhus Universitet, TTO har overtaget rettighederne til min opfindelse og et dansk medicinalfirma har vist interesse for at producere apparatet. Det er min idé at udforme en prototype hvor plast, silikone eller polymer "svejses" sammen med metaltråde. FORCE Technology kunne formentlig være superrelevante at arbejde sammen med.

hinge
Lørdag d. 26/5-12 kl. 09:18

En af de vigtiske grundsten i denne sammenføjningsmetode er at samlingen bliver meget stærk. Da de påførte lag er meget tynde (sub mikrometer) er der ikke næveværdig vægt forøgelse ved metoden (Som fx ved brug af bolte og møtriker). Det vil sige at der opnåes et enormt styrkevægt forhold som gør metoden anvendelig indenfor fx exterem sport, bil- og fly industrierne. En anden stor fordel ved metoden er at den ikke kræver tilsæt under svejsningen og at laseren bestemmer hvor sammenføjning forgår. Hvilket gør metoden meget præsis og sammenføjning forgår kun hvor ønsket.

Steen Erik Nielsen
Tirsdag d. 29/5-12 kl. 10:53

Som du selv indikerer åbnes der op for en del nye produkt- og produktionsmuligheder med den ny teknologi. De fordele som Covi specielt vil kunne drage nytte af er i forbindelse med lasersvejsning af metal til plast er følgende:

- Høj svejsekvalitet
- Usynlig smal svejsesøm (indvendig svejsning)
- Ren overflade (ingen svejsepartikler)
- Høj visuel produktkvalitet
- Minimal varmepåvirkning og mekaniske spændinger
- Kontaktløs svejsning
- Stor procesfleksibilitet
- Simpelt design
- Meget høj svejsehastighed

Steen Erik Nielsen
Tirsdag d. 29/5-12 kl. 11:02

Her berører du et meget centralt tema. Limning er en produktionsmæssig vanskelig process at håndtere og samtidigt forbundet med arbejdsmiljømæssige gener. Som erstatning for limning er der nogle egenskabsmæssige- og produktionstekniske perspektiver ved plast/metal lasersvejseprocessen i form af:

- Stærkere binding (atomar binding i modsætning til adhæsion)
- Bedre mekaniske egenskaber (trækstyrke, adhæsionsstyrke,
udmattelse, mv..)
- Ingen hærdetid (som ved limning)
- Ingen efterbearbejdning (i modsætning til fjernelse af
limrester mv.)
- Mere tæt binding (tæt for væske, damp, diffusion, mv…)
- Mere modstandsdygtig ift miljøbelastninger
(temperatursvingninger, vand, pH, lyspåvirkning,ældning mv..)
- Længere levetid.
- Lasersvejsning er en højproduktiv, fuldt automatiseret
proces (hvilket ikke er muligt/kendetegnet for limning)
- Ingen arbejdsmiljømæssige udfordringer (i forhold til
giftige lim stoffer, dampe mv.)

Steen Erik Nielsen
Tirsdag d. 29/5-12 kl. 11:16

Et af de områder hvor der forventes rigtig gode muligheder for anvendelse af metal til plast lasersvejsning er medicobranchen.

Da svejsningen er 'usynlig' og gemt i materialernes interfasezone er der tale om en 'steril' svejsning uden kontakt til væv / blod mv.. Der dannes således ikke uønskede produkter eller partikler der kan diffundere ud i kredsløbet.

Samtidigt er der tale om en samlingsmetode der kan være langt stærkere både mht styrke og levetid.

Lasse Wengel Christoffersen
Torsdag d. 31/5-12 kl. 12:28

Vores systemer til injektion af flydende medicin, kendt som penne eller insulinpenne, er fremstillet af plast og metal. Plast er billigt at formgive. Metalliske komponenter kan være kanyler, fjedre, synlige skaldele og komponenter med særlige mekaniske belastninger. Mange af vores komponenter sammenføjes ved at tilføje komponentgeometrien eftergivende strukturer, der ligner kroge og hager, kaldet snapsamling. Svejsning, specielt lasersvejsning, har haft fokus i R&D som en alternativ sammenføjningsproces i mere end tre år. Metal-plast lasersvejsning er en metode vi bør følge som en mulighed ved design af nye produkter.

jestou
Torsdag d. 31/5-12 kl. 16:29

LEGO kigger altid på nye teknologier til at forbedre vores produkter og bringe innovation in kontruktionslegetøj

Flere komponent elementer er bestemt en del vi finder interessant og maget gerne vil vide mere om. Eksemplevis til mange at vores køretøjer og vores Technic produkt serie. Det er vigtig for os at sammensvejse materiale kan adskilles igen ved bortanskaffelse, på igen måde udgør en risko for børn og kan følge lovgining om materiale krav for legetøj

Lars Yde
Torsdag d. 7/6-12 kl. 18:09

Alkalisk elektrolyse vil i det fremtidige enegisysten baseret på en kraftigt stigende andel af vedvarende energi, herunder især vindkraft, få en fremtrædende rolle, idet vindkraften ved elektrolyseprocessen kan omdannes til brint der ved reaktion med CO2 kan danne methan som kan lagres og disdribueres via naturgasnettet.

Et elektrolyseanlæg består bl.a af et stort antal anoder og katoder der hver især er fastgjort til en bipolar metalplade. De bipolare plade monteres i plastramme. Hvis pladerne og rammerne kan svejses sammen giver det helt nye muligheder for optimering af konstruktione både styrkemæssigt og monteringsmæssigt. Metal plast svejsning vil derfor være særdeles relevant til ovennævnte anvendelse.

Ole Worm
Mandag d. 11/6-12 kl. 15:40

Voith er meget intresseret i dette emne da vi arbejder med begge produkter og støder mange gange i vores daglige arbejde på problemet sammensvejsning af metal og plast.

Det vil give begge produkter et løft i anvendelse områder til industrien

Mads Surel
Tirsdag d. 12/6-12 kl. 09:20

En meget spændende udvikling, vi arbejder meget med nye processer og udformninger i vores industri, for hele tiden at vise vores kunder vores kvalitetsniveau og de formmæssige design distanceringer vi er oppe imod på verdensmarked.
Glæder mig meget til at få disse nye koncepter afprøvet.

Jens Bendixen
Tirsdag d. 12/6-12 kl. 13:51

Sammenføjning af elles ikke kompatible materialer ved lasersvejsning kan åbne helt nye teknologiske og designmæssige muligheder i de tilfælde hvor limning ikke er mulig. Det bliver spændende at følge de landvindinger, der fremkommer som følge af forskning inden for dette felt.

Klaus Mortensen
Tirsdag d. 12/6-12 kl. 13:57

Meget interessant. Både når det gælder vore normale AV-produkter, men så sandeligt også til vore Automotive lydsystemer. Vi arbejder til dagligt med at udnytte kombinationer af plast og metal. Vil det lykkes at opnå en sådan ny sammenføjningsmetode, der er pris og kvalitetsmæssig konkurencedygtig med traditionelle metoder, vil det åbne nye muligheder for at skabe interessante og differentierende designs.

HF JENSEN
Onsdag d. 13/6-12 kl. 12:50

Firmaet H F JENSEN SENSOR TECHNOLOGY anvender meget lasersvejsning til sammenføjning af metaldele i rustfrit stål.
Da vi samtidig anvender plastmaterialer i vores konstruktioner giver den nye teknologi med sammensvejsning af metal til plast andre sammenføjnings muligheder.

HF JENSEN
Onsdag d. 13/6-12 kl. 12:50

Firmaet H F JENSEN SENSOR TECHNOLOGY anvender meget lasersvejsning til sammenføjning af metaldele i rustfrit stål.
Da vi samtidig anvender plastmaterialer i vores konstruktioner giver den nye teknologi med sammensvejsning af metal til plast andre sammenføjnings muligheder.

Greenhydrogen.dk
Torsdag d. 14/6-12 kl. 16:35

Af Jørgen Jensen(Greenhydrogen.dk)
Muligheden for at kunne sammensvejse metal og plastemner giver mulighed for at udnytte metallets styrke og samtidig plastmaterialets isolerende egenskab. Dette lyder som en mulig løsning til celleframe, i forbindelse med store elektrolyeanlæg. Noget vi har været på udkig efter i længere tid.