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Aufgrund ihrer Eigenschaft, der Lokalisation mechanischer Spannungen – im Gegensatz zu mechanischen Fügetechniken – entgegenzuwirken, gewinnen stoffschlüssige Fügetechniken auch im Bereich des Fügens an spröden Komponenten im Bereich des Sanitärbaus, der Herstellung von Gebrauchsporzellan oder in der Displaytechnik immer mehr an Bedeutung. Besonders erstrebenswert ist in diesem Zusammenhang eine Kombination aus sehr harten und spröden Stoffeigenschaften einer Glasoberfläche oder einer glasierten Oberfläche mit den weich-elastischen Eigenschaften eines thermoplastischen Elastomers. Prinzipiell lassen sich derartige Verbunde durch das direkte Anspritzen an die anorganische Komponente etwa in einem Spritzguss- oder in einem nachdruckfreien Spritzprägeprozess erreichen. Aufgrund der Notwendigkeit einer Form mit entsprechend enger Fertigungstoleranz und den daraus resultierenden hohen Werkzeugkosten erscheinen drucklose Schmelzschichtverfahren, bei denen eine extrudierte thermoplastische Schmelze direkt auf dem Substrat aufgetragen wird, als Fertigungsverfahren zielführend. Sie eröffnen zudem durch eine hohe Gestaltungsfreiheit der angedruckten Komponente innovative Fertigungs-möglichkeiten für hybride Prototypen und neue Reparaturtechnologien. Für den drucklosen Prozess der Materialextrusion auf einer mit einem Aminosilan versehenen anorganischen Oberfläche ist vor allem die Oberflächentemperatur entscheidend. Erst bei hinreichend hoher Temperatur – ähnlich wie beim Heißkleben – kann eine ausreichend starke Molekülbewegung für die mechanische Adhäsion und zusätzlich beim Einsatz von Aminosilanen vermehrt Interaktion mit den funktionellen Gruppen des Haftvermittlers erreicht werden. Weiterhin ist die thermische Zersetzung der primären und sekundären Amine in höheren Temperaturbereichen bei einer Bewertung des Druckprozesses zu berücksichtigen. Für eine Betrachtung des Einflusses der Oberflächentemperatur während des Schmelzschichtvorgangs und eine Bewertung der resultierenden Haftung wurden emaillierte Stahlproben zunächst mit einer amorphen SiO2-Beschichtung versehen und im Folgenden mit einem Aminosilan nasschemisch beschichtet. Im Nachgang wurden diese Oberflächen bei unterschiedlichen Druckbetttemperaturen Prüfkörper aus thermoplastischem Polyurethan mittels fused layer manufacturing (FLM) gedruckt. Abschließend erfolgte eine mechanische Charakterisierung der Verbindungsfestigkeit in einem Kopfzugversuch.

Inaktivkomponenten in der Batterieherstellung, wie z. B. Stromsammler, Separator oder die Kontaktierungstaps rücken zunehmend in den Fokus der Forschung. Der Wechsel zu leichteren und günstigeren Materialien ist Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten. In diesem Zusammenhang wird auch das Potential von Verbundstromkollektoren näher betrachtet. Dabei handelt es sich um Polymerfolien, die beidseitig mit 0,5 µm bis 1,5 µm dicken Aluminium- oder Kupferschichten metallisiert sind. Als Verbundmaterial müssen dabei im Vergleich zu konventionellen, metallischen Stromkollektoren zusätzliche Materialeigenschaften betrachtet werden. Dazu gehört vor allem die Haftfestigkeit der metallischen Beschichtungen auf den Folien. Es muss ausgeschlossen werden, dass durch wechselnde mechanische Beanspruchungen oder chemische Wechselwirkungen (z.B. mit dem Elektrolyten) in der Li-Ionen-Batteriezelle Delaminationen auftreten und sich die Metallisierung ablöst. Dazu ist eine quantitative Methode zur Bestimmung der Haftfestigkeit notwendig. Nur so kann eine Korrelation zwischen der Haftfestigkeit und dem Verhalten in der Zelle hergestellt werden. Bisherige Versuchsmethoden decken den Anwendungsfall von beidseitig metallisierten Polymersubstraten als Stromkollektorfolie jedoch nicht ab. Aus diesem Grund werden in dieser Studie Prüfverfahren zur Bestimmung der Haftfestigkeit, die bereits in Normen spezifiziert werden, zur Bewertung der Haftfestigkeiten der Verbundfolien adaptiert und bewertet. Die betrachteten Verfahren umfassen Schälversuche, Stirnabzugs- und Zugschertests, welche hinsichtlich ihrer Eignung zur Beurteilung der Haftfestigkeit von Verbundstromkollektoren evaluiert werden. Dabei werden Verbundfolien mit unterschiedlicher Schicht- sowie Substratdicke und variierendem Beschichtungsmaterial berücksichtigt, sodass die Sensitivität der Verfahren zur Bestimmung der Haftfestigkeit aufgelöst und darauf aufbauend deren Eignung zur Charakterisierung der Verbundfolien bewertet werden kann.

Für die Bestimmung der Haftfestigkeit organischer Überzüge – wie z.B. Lacken – nach ASTM D 4541 [1] werden Prüfkörper aus Aluminium oder Stahl mit einem Strukturklebstoff auf die zu prüfende lackierte Oberfläche geklebt. In einem Kopfzugversuch wird anschließend die Festigkeit der Verbindung mechanisch charakterisiert. Beim Übertragen der Charakterisierungsmethode auf die Bestimmung der Haftfestigkeit eines thermoplastischen Kunststoffs auf einer Glasoberfläche existieren neben der zu prüfenden Grenzfläche zwischen organischem Überzug und Werkstoffoberfläche noch zwei weitere Grenzflächen zwischen Thermoplast und Klebstoff und zwischen Aluminium-Prüfkörper und Klebstoff. Die Charakterisierung, die die prinzipielle Eignung von Haftvermittlerschichten für hybride Glas-Thermoplast-Verbunde angibt, gestaltet sich mithilfe entsprechend der Norm geklebter Aluminiumprüfkörper schwierig. Aufgrund von Elastizitätsunterschieden ist bei einem Fügeverbund mit dem Aufbau Aluminiumprüfkörper-Klebstoff-Thermoplast-Haftvermittler-Glas grenzschichtnahes kohäsives Versagen im Klebstoff an der Aluminium-Klebstoff-Grenzfläche oder im thermoplastischen Werkstoff an der Klebstoff-Thermoplast-Grenzfläche als schwächstes Glied der Fügekette zu erwarten. Eine Möglichkeit diese Problematik zu umgehen bildet die Anwendung von additiven Verfahren. Der Aufbau eines thermoplastischen Probekörpers auf einer mit Haftvermittler versehenen Glasoberfläche kann durch Schmelzschichtung im FFF- bzw. FDM- und FLM-Verfahren (Fused Filament Fabrication/ Fused Deposition Modeling/ Fused Layer Modeling) erreicht werden. Probekörper dieser Art verfügen ausschließlich über den zu prüfenden Materialübergang zwischen Glas und Kunststoff. Aufgrund der durch Schmelzschichtung bedingten geringeren mechanischen Festigkeitseigenschaften setzen diese Probekörper eine an die Lastübertragung angepasste Probengeometrie voraus. Haftvermittlerschichten sind in ihren Anwendungen vielfältigen Umweltbeanspruchungen ausgesetzt. Der Kontakt zu Ölen oder Wasser sowie das Einwirken ultravioletten Lichts kann die haftvermittelnde Wirkung an der Grenzfläche beeinträchtigen. Daher eignet sich eine kleine Probengeometrie der Kopfzugproben für die Auslagerung und Prüfung besonders vieler Proben. Weitere Schwerpunkte der vorliegenden Betrachtung sind Reproduzierbarkeit und Validität sowie mögliche Anwendungsfälle dieser Prüfmöglichkeit.

Viele Wohnungsaltbauten weisen häufig sehr massive Außenwände, jedoch nur gering tragfähige Zwischendecken auf. Bei der Sanierung solcher Zwischendecken mit voller Grundriss-Spannweite ist die Zugänglichkeit durch Türen, Tore oder Fenster für viele größere Formate (z. B. lange Träger) oft eingeschränkt oder sogar unmöglich. Ein neuer Ansatz zum Austausch der alten Zwischendecke durch eine moderne tragfähige Decke analog einer vorgefertigten Fertighaus-Decke (Großtafel in Holzbauweise) stellt die modular aufgebaute Zwischendecke aus Kleintafeln in Holzbauweise dar. Diese bestehen wie die Großtafeln hauptsächlich aus Konstruktionsvollholz und Holzwerkstoffplatten und haben Möbelabmessungen, um die vorhandenen Zugangswege in das Gebäude zu nutzen. Zur thermischen Isolierung und Verbesserung des Schallschutzes werden neuartige Holzwerkstoffe aus 100 % Holz (Holzschaum) und für den Trittschallschutz relativ dünne faserverstärkte Textilbetonplatten integriert. Für eine sichere und steife Verbindung der Module werden Fügetechniken aus dem Holzbau mit neuartigen Schnellklebtechniken mit elektrisch beheizbarer Klebfuge kombiniert, um einen schnellen Baufortschritt zu ermöglichen.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „Generative Fertigung optischer, thermaler und struktureller (OTS)-Komponenten“ (GROTESK) werden neuartige Multimaterial-Werkstoffe und deren Verbindungen mit Laserkomponenten entwickelt. Für die additive Verarbeitung dieser Materialien eignet sich das Laserauftragschweißen besonders, da bei diesem Verfahren auf Freiformoberflächen Material aufgeschweißt werden kann. Vorangegangene Untersuchungen zeigen, dass durch den Einsatz von pulverförmigen Werkstoffen verschiedener Zusammensetzung die Eigenschaften des Materialauftrags gezielt einstellbar sind. Eine Herausforderung stellt dabei jedoch die Verarbeitung der dafür entwickelten kupferbasierten Spezialwerkstoffe dar, sodass Imperfektionen im generierten Bauteil auftreten können. Konventionelle Schmelzbadtemperaturregler stoßen hier aufgrund der Materialzusammensetzung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs an ihre Grenzen. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt den Einsatz einer intelligenten Prozessüberwachung und -regelung für Spezialwerkstoffe. Die Verarbeitung dieser Werkstoffe ist mit konventioneller, pyrometrischer Prozessregelung aufgrund der stark variierenden Emissivitäten nicht möglich. Es wird gezeigt, wie Schmelzbäder mittels künstlicher neuronaler Netze klassifiziert und anschließend durch Bildverarbeitung Merkmale extrahiert werden können. Die so ermittelte Schmelzbadoberfläche bildet die Eingangsgröße für eine nachgeschaltete Prozessregelung. Die Verarbeitung der Spezialwerkstoffe im Regelkreis mit Laserleistung, Vorschubgeschwindigkeit oder Pulverzufuhr zielt auf die Qualitätssteigerung der Multimaterial-Verbindungen ab.