À medida que os desenvolvedores dos setores automotivo e de aviação tentam fabricar veículos mais eficientes, eles estão voltando sua atenção para o design robusto, máquinas leves. Projetando materiais leves, Contudo, requer a junção cuidadosa de diferentes tipos de materiais, como metais e polímeros, e essas etapas adicionais aumentam os custos de fabricação. Um novo trabalho em tecnologia de laser aumentou recentemente a força de adesão de materiais híbridos de metal-plástico.

Um grupo de engenheiros alemães demonstrou recentemente uma técnica para vincular plástico a alumínio por meio do pré-tratamento de folhas de alumínio com lasers infravermelhos. No Journal of Laser Applications , os pesquisadores descobriram que tornar áspera a superfície do alumínio com feixes de laser contínuos criou um intertravamento mecânico com poliamida termoplástica e levou a uma adesão significativamente forte.

"Em outros métodos de união, você tem uma peça de plástico que deseja encaixar em uma peça de metal. No processo de moldagem por injeção, geramos uma peça de plástico no topo da peça de metal em uma cavidade da máquina, "disse Jana Gebauer, um autor no papel. "Como consequência, é muito difícil em comparação com a prensagem térmica ou outras tecnologias de união por causa das condições térmicas específicas. "

Para resolver esses problemas, Gebauer e seus colegas usaram um laser contínuo e um pulsado por 20 picossegundos de cada vez para tornar a superfície das folhas de alumínio mais adesiva para que uma camada de poliamida fosse moldada sobre ela. Eles então colocaram as folhas em um molde de injeção e as sobremoldaram com poliamida termoplástica, um polímero relacionado ao náilon que é usado em peças mecânicas como invólucros de ferramentas elétricas, parafusos de máquina, e engrenagens.

"Seguindo aquilo, analisamos a topografia da superfície e conduzimos testes mecânicos do comportamento de ligação para descobrir quais parâmetros levaram à força máxima de ligação, "Disse Gebauer.

Testes usando microscopia confocal ótica 3-D e microscopia eletrônica de varredura revelaram que as folhas de alumínio tratadas com lasers pulsados ​​apresentavam padrões de linha muito mais suaves nas trincheiras em suas superfícies do que aquelas pré-tratadas com radiação laser contínua. As folhas de alumínio tratadas com lasers infravermelhos também exibiram uma ligação mais forte, mas essas propriedades diminuíram em testes com níveis crescentes de umidade.

Apesar do sucesso da equipe, Gebauer disse que há muito trabalho pela frente para entender como os pré-tratamentos da superfície do metal podem ser otimizados para tornar o processo mais econômico para os fabricantes. Agora, ela e seus colegas procuram estudar como os termoplásticos moldados encolhem quando resfriados.

“A contração térmica leva a tensões mecânicas e pode separar as duas partes. O desafio atual é gerar uma estrutura que compense as tensões durante a retração sem amolecer o alumínio pelo tratamento a laser, "Gebauer disse." Agora queremos produzir uma ligação confiável com o uso de laser pulsado ultracurto para reduzir o dano térmico no componente de metal. "

Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Materiais e Vigas, Leibnitz Institute for Polymer Research, A Universidade Técnica de Dresden esteve envolvida na produção das descobertas deste artigo.