Neue Laserprozesse für innovativen Leichtbau
Der Leichtbau ist einer der fortschrittlichsten Bereiche, wenn es um die Bewältigung der Energiewende und die Reduzierung von CO2-Emissionen geht. Innovative Materialien tragen einen wesentlichen Teil dazu bei – und damit auch High-Tech-Werkzeuge wie die Remote-Laserstrahlschneider, welche das Fraunhofer IWS entwickelt.
Metallische Schäume sind das ideale Ausgangsmaterial für innovativen Leichtbau: Sie sind leicht und gleichzeitig stabil, haben ein hohes Oberfläche-Volumenverhältnis und ein fast perfektes Absorptionsvermögen für Energie und Schall. In verschiedenen industriellen Anwendungen wie etwa der Batterietechnik, bei Wärmetauschern oder Filtersystemen kommen sie bereits zum Einsatz. Das kostengünstige Trennen in definierte geometrische Formen ist verarbeitungstechnisch bisher die größte Herausforderung bei der Arbeit mit den Materialien.
Auf bestem Weg zur breiten Anwendung
Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) sind diese Herausforderung angegangen – mit einigem Erfolg: So konnten beim Konfektionieren von offenporigen Metallschäumen bereits beindruckende Ergebnisse hinsichtlich Schneidgeschwindigkeit und -qualität erzielt werden. „Mit Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 300 m/min im Konturschnitt sowie möglichen Materialstärken bis 20 mm setzen wir neue Maßstäbe in der Metallschaumbearbeitung“, erklärt Robert Baumann, verantwortlicher Wissenschaftler. „Die dabei erreichten Bauteiltoleranzen sind mit ±30 µm Weltspitze, und es lassen sich filigrane Geometrien mit einer Wandstärke von wenigen hundert Mikrometern erzeugen.“ Den Wissenschaftlern stehen dafür am Fraunhofer IWS die neusten Laserstrahlquellen unterschiedlicher Wellen- länge, Leistung und Strahlqualität sowie kommerzielle Bearbeitungsoptiken zur Verfügung.
Die Kompetenz des IWS beim Thema Leichtbau wurde durch umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zum Schneiden von Nichtmetallen sowie CFK- und GFK-Materialien (Verbundwerkstoffen auf Kohlenstoff- bzw. Glasfaserbasis) sukzessive ausgebaut. Das Remote-Laserstrahlschneiden von Verbundwerkstoffen ermöglicht die Kombination von hocheffizientem Trennprozess mit sehr guter Schnittkantenqualität. Derzeit steht die Verfahrensentwicklung zur automatisierbaren Kantennachbehandlung von Bohrungen in faserverstärkten Kunststoffen im Fokus.
Besonders bei kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen ist die Barriereschicht nützlich, um Korrosion in der Verbindung mit metallischen Leichtbaumetallen sowie eine Verwitterung durch Umwelteinflüsse zu unterbinden: „Die Resultate, die mittels eines prototypischen Werkzeuges erzeugt wurden, sind qualitativ hervorragend“, erläutert Michael Rose, der Experte für die laserbasierte Konfektionierung von faserverstärkten Kunststoffen am Fraunhofer IWS. „Wir sind überzeugt, dass diese Ergebnisse in naher Zukunft ihren Weg in die breite industrielle Umsetzung finden werden.“
Dr. Ralf Jäckel ist am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) für die Presse- und Öffentlichkeitsarbeit zuständig.