Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik konzipierten eine neuartige Multi-Remote-Anlage, die für Grundlagenuntersuchungen und weitere Projekte zur Verfügung steht. Mit einer Kombination aus höhenverstellbaren Hochleistungsscannern und einem verfahrbaren Kreuztisch besteht nun die Möglichkeit, komplexe Bauteile großflächig und flexibel zu bearbeiten. So verfügt die MuReA über Laserstrahlquellen im Kilowatt-Leistungsbereich mit Wellenlängen von einem Mikrometer und 10,6 Mikrometern. Die Strahlquellen können einzeln oder gleichzeitig eingesetzt werden. Außerdem nutzt das Fraunhofer IWS Dresden die Steuerung von Scanner- und Maschinentisch so, dass auch Endlosmaterial wie textile Gewebe, Metalle oder Organobleche bearbeitet werden kann. Auf diese Weise lassen sich Laserprozesse wie Schweißen, Schneiden oder Abtragen effizient entwickeln und in Industrieanwendungen überführen. Von der Kleinserienproduktion über die Anlagenkonfiguration bis zur Anpassung von Anlagenkomponenten für die industrielle Produktion reicht das Angebotsspektrum.
Nachfrage bestimmt Entwicklung
Hintergrund der Entwicklung ist die zunehmende Nachfrage nach leistungsfähigen Laseranlagen. So erfordert der Leichtbau mit unterschiedlichen Werkstoffen flexible Herstellungs- und Bearbeitungstechnologien für blechförmige Halbzeuge. »Insbesondere die Branchen Automotive und Luftfahrt benötigen Maschinensysteme, die Bearbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 100 Metern pro Minute umsetzen«, erklärt Annett Klotzbach, Gruppenleiterin Kleben und Faserverbundtechnik beim Dresdner Fraunhofer IWS. »Unser Lösungsansatz liegt in Laser-Remote-Bearbeitungsverfahren mit Strahlquellen, die auf Werkstoff und Absorption angepasst sind.« Zwei verkippbare Scannerspiegel lenken den Laserstrahl auf das Bauteil ab und fokussieren dieses mit Brennweiten von 200 bis 1000 Millimetern. Bereits kleine Auslenkungen der Spiegel bewegen den Laserspot mit Geschwindigkeiten von bis zu zehn Metern pro Sekunde.
Sicher, sauber und aktiviert
Beim Laserabtragen, -trennen oder -strukturieren von Materialien wie kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder Edelstahl entstehen gesundheitsgefährdende Partikel und Dämpfe, die auch den elektrischen sowie mechanischen Komponenten der Anlage schaden können. Deshalb optimierte das IWS-Projektteam nicht nur die Kapselung der Elektronik, sondern implementierte zusätzlich eine Absaugkammer, die Abfallprodukte im etwa einen Kubikmeter fassenden Arbeitsraum entfernt und mittels spezieller Filtertechnik abscheidet. Zusätzlich wies das Projektteam nach, dass sich durch eine Laserbehandlung beim Kleben von Titan und Aluminium mit Faserbundmaterialien die Verbindungsfestigkeit und die Alterungsstabilität steigern lassen. Bei dieser Vorgehensweise wird die Oberfläche gereinigt und die Oxidschicht in positivem Maße beeinflusst. Da die Behandlung mit Atmosphärendruckplasma eine Oberfläche chemisch aktiviert und die Haftung unterschiedlicher Stoffe verbessert, banden die Projektmitglieder des Fraunhofer IWS zusätzlich Doppelrotationsdüsen in die Anlagenkonfiguration ein. Auf diese Weise ermöglichen sie die sequenzielle oder gleichzeitige Materialbehandlung mittels Plasma und Laser.
Besuchen Sie uns auf der Composites Europe Messe in Stuttgart vom 19.–21. September 2017: Halle 4, Stand D40 und auf der Messe „Schweißen und Schneiden“ in Düsseldorf vom 25.–29. September 2017: Halle 15, Stand 15D23.
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
