Alors que les développeurs des secteurs de l'automobile et du transport aérien s'efforcent de fabriquer des véhicules plus efficaces, ils tournent leur attention vers la conception robuste, machines légères. Concevoir des matériaux légers, cependant, nécessite d'assembler soigneusement différents types de matériaux comme les métaux et les polymères, et ces étapes supplémentaires augmentent les coûts de fabrication. De nouveaux travaux en technologie laser ont récemment augmenté la force d'adhérence des matériaux hybrides métal-plastique.

Un groupe d'ingénieurs allemands a récemment démontré une technique pour lier le plastique à l'aluminium en prétraitant des feuilles d'aluminium avec des lasers infrarouges. Dans le Journal des applications laser , les chercheurs ont découvert que la rugosité de la surface de l'aluminium avec des faisceaux laser continus créait un verrouillage mécanique avec le polyamide thermoplastique et conduisait à une adhérence significativement forte.

"Dans d'autres méthodes d'assemblage, vous avez une pièce en plastique que vous souhaitez assembler avec une pièce en métal. Dans le processus de moulage par injection, nous générons une pièce en plastique au-dessus de la pièce en métal dans une cavité de la machine, " a déclaré Jana Gebauer, un auteur sur le papier. "En conséquence, c'est très difficile par rapport au pressage thermique ou à d'autres technologies d'assemblage en raison des conditions thermiques spécifiques."

Pour faire face à ces problèmes, Gebauer et ses collègues ont utilisé à la fois un laser continu et un laser pulsé pendant 20 picosecondes à la fois pour rendre la surface des feuilles d'aluminium plus adhésive pour qu'une couche de polyamide soit moulée dessus. Ils ont ensuite placé les feuilles dans un moule d'injection et les ont surmoulées avec du polyamide thermoplastique, un polymère apparenté au nylon qui est utilisé dans les pièces mécaniques comme les boîtiers d'outils électriques, vis à métaux, et engrenages.

"D'après cela, nous avons analysé la topographie de surface et effectué des tests mécaniques du comportement de collage pour savoir quels paramètres ont conduit à une force de collage maximale, " a déclaré Gebauer.

Des tests utilisant la microscopie confocale optique 3D et la microscopie électronique à balayage ont révélé que les feuilles d'aluminium traitées avec des lasers pulsés présentaient des motifs de lignes beaucoup plus lisses dans les tranchées sur leurs surfaces que celles prétraitées avec un rayonnement laser continu. Les feuilles d'aluminium traitées avec des lasers infrarouges présentaient également une liaison plus forte, mais ces propriétés ont diminué dans les tests avec des niveaux d'humidité croissants.

Malgré le succès de l'équipe, Gebauer a déclaré que beaucoup de travail reste à faire pour comprendre comment les prétraitements de la surface du métal peuvent être optimisés pour rendre le processus plus économique pour les fabricants. Maintenant, elle et ses collègues envisagent d'étudier comment les thermoplastiques moulés rétrécissent lorsqu'ils sont refroidis.

« La contraction thermique entraîne des contraintes mécaniques et peut séparer les deux parties. L'enjeu actuel est de générer une structure qui compense les contraintes lors du retrait sans ramollir l'aluminium par le traitement laser, " a déclaré Gebauer. " Maintenant, nous voulons produire une liaison fiable grâce à l'utilisation d'un laser pulsé ultracourt pour réduire les dommages thermiques dans le composant métallique. "

L'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des faisceaux, Institut Leibnitz pour la recherche sur les polymères, L'Université technique de Dresde a été impliquée dans la production des conclusions de cet article.