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Am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer Institute auf der Laser World of Photonics 2023 in München wurden die aktuellen Forschungsprojekte ausgestellt. Auch für die Blechbearbeitung waren einige interessante Themen dabei.
Foto: Markus Jürgens / Fraunhofer
Am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer Institute auf der Laser World of Photonics 2023 in München wurden die aktuellen Forschungsprojekte ausgestellt. Auch für die Blechbearbeitung waren einige interessante Themen dabei.

Messen

Neues aus der Laser-Forschung

Technologie entwickelt sich stetig weiter – wie am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand auf der Laser World of Photonics 2023 deutlich zu erkennen war. Ein Überblick über aktuelle Forschungsprojekte und -ergebnisse. 

Laserverfahren zur Herstellung von Brennstoffzellen

Bei der Energiewende kommt Brennstoffzellen eine wichtige Rolle zu – und zwar als künftiges Massenprodukt. Ziel der Forschung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ist es, hierfür einen hochproduktiven und skalierbaren Herstellungsprozess zu entwickeln. Im Mittelpunkt stehen dabei Laser, welche bei den wichtigsten Bearbeitungsschritten der Brennstoffzellenproduktion zum Einsatz kommen können. Der Zuschnitt der Bleche gehört zu den offensichtlichsten Einsatzgebieten des Lasers, ebenso wie das Laserschweißen zum wasserstoffdichten und reproduzierbaren Fügen der Bleche, zum einen zu Bipolarplatten, zum anderen zu Stacks. Aber auch in anderen Fällen sind Laser hilfreich: Mittels Laser-Funktionalisierung kann eine hauchdünne Beschichtung im unteren µm-Bereich erfolgen, beispielsweise zum Schutz vor Korrosion oder Verschleiß oder zur Reparatur. Mithilfe des Lasermikrostrukturierens lassen sich zudem die Oberflächeneigenschaften verändern.

Vorteile:

  • geringe Kosten
  • hohe Prozessgeschwindigkeit
  • geringer Platzbedarf
  • hohe Flexibilität
  • geringer Werkzeugverschleiß
  • geringe thermische Verformung der Bauteile

Mögliche Anwendungen:

  • komplette oder teilweise Herstellung von Brennstoffzellen
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Beinah alle Bearbeitungsschritte auf dem Weg zu einer fertigen Brennstoffzelle lassen sich mit Lasern durchführen.
Foto: Sarah Schulz
Beinah alle Bearbeitungsschritte auf dem Weg zu einer fertigen Brennstoffzelle lassen sich mit Lasern durchführen.

Automatisierungspotenziale für Schweißprozesse ermitteln

Die Automatisierungs-Potenzialanalyse, die das Fraunhofer IPA weltweit für die Montageautomatisierung einsetzt, ist jetzt auch für Schweißprozesse verfügbar.
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SURFinpro zur Oberflächeninspektion

Bei SURFinpro handelt es sich um ein kamerabasiertes und KI-gestütztes System zur In-Line-Inspektion von Oberflächen und Bauteilen. Erfasst, dokumentiert und visualisiert werden beispielsweise Abmessungen und Geometrie von Defekten sowie die Fehlerhäufigkeit und -verteilung. Dies geschieht in Prozessechtzeit. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz werden die Anomalien darüber hinaus klassifiziert und weiterführend analysiert. Durch die Rückmeldung der Auffälligkeiten an die Produktionslinie kann die Fehlerkorrektur beziehungsweise Ausschleusung automatisiert vorgenommen werden. Das System lernt kontinuierlich dazu, sodass die gelieferten Informationen mit der Zeit an Präzision und Aussagekraft gewinnen. Es ist modular aufgebaut und besteht aus verfügbaren opto-mechanischen Komponenten, was die Integration in den Produktionsprozess sowie die Skalierung vereinfacht. Laut des Faunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS ist das System bereits erprobt und einsatzbereit.

Vorteile:

  • In-Line-Kontrolle
  • Auswertung in Echtzeit
  • breites Einsatzgebiet
  • leicht integrierbar
  • leicht skalierbar

Mögliche Anwendungen:

  • Qualitätssicherung im Vorfeld
  • Erkennung von Bauteilen
  • In-Line-Oberflächeninspektion
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Kameras und KI sorgen beim SURFinpro für eine verbesserte In-Line-Kontrolle von Oberflächen und Bauteilen.
Foto: Sarah Schulz
Kameras und KI sorgen beim SURFinpro für eine verbesserte In-Line-Kontrolle von Oberflächen und Bauteilen.

SMaC-Verfahren zur Beschichtung

Das Verfahren kombiniert das Laserauftragschweißen und die mechanische Bearbeitung miteinander – daher auch der Name: Simultaneous Machining and Coating (SMaC). Durch diese Kombination soll nicht nur die Bearbeitungszeit, sondern auch der Energieaufwand reduziert werden. Angewandt wird dabei der sogenannte EHLA-Prozess, der in einem früheren Projekt des Fraunhofer ILT entwickelt wurde. Das Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA), das schnell dünne Schichtdicken von 25 bis 350 µm liefert, hat den großen Vorteil einer hohen Materialausbeute von 80 bis 90 % des Zusatzmaterials. Zudem werden die Bauteile durch die beim EHLA-Prozess entstehende Wärme weicher, was die anschließende Bearbeitung vereinfacht.

Vorteile:

  • Verkürzung der Bearbeitungszeit um bis zu 60 %
  • geringer Werkzeugverschleiß
  • geringer Ressourceneinsatz
  • Eignung für hochfeste Werkstoffe
  • Erhöhung der Lebensdauer der bearbeiteten Bauteile

Mögliche Anwendungen:

  • Reparaturen an Oberflächen
  • Beschichtung zum Schutz vor Verschleiß und Korrosion
  • Gleitlagerbeschichtung
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Beim SMaC-Verfahren werden das Laserauftragschweißen und die mechanische Oberflächenbearbeitung miteinander kombiniert, was die Bearbeitungszeit und den Energieaufwand reduziert.
Foto: Sarah Schulz
Beim SMaC-Verfahren werden das Laserauftragschweißen und die mechanische Oberflächenbearbeitung miteinander kombiniert, was die Bearbeitungszeit und den Energieaufwand reduziert.

DLIPµcube zur Oberflächenfunktionalisierung

Der DLIPµcube ist laut Fraunhofer IWS die weltweit kompakteste Anlage zur Oberflächenfunktionalisierung basierend auf dem Prinzip der Direkten Laserinterferenzstrukturierung (kurz: DLIP). Bei diesem Verfahren werden mehrere gepulste Laserstrahlen auf der Bauteiloberfläche überlagert, um mit dem entstehenden Interferenzmuster Material abzutragen. So lassen sich Oberflächenbearbeitungen im Sub-Mikrometer-Bereich durchführen, und das bei hohen Geschwindigkeiten. Diese Bearbeitungen können sowohl dekorative als auch funktionelle Zwecke erfüllen. Laut der Experten des Fraunhofer IWS behalten die erzeugten Strukturen ihre mechanischen Eigenschaften, weshalb der Prozessschritt einer Schichthaftung bei der Oberflächenveredelung entfallen kann.

Vorteile:

  • extrem feine Strukturen umsetzbar
  • kein Zusatzwerkstoff nötig
  • keine Oberflächenveredelung nötig
  • hohe Prozessgeschwindigkeit

Mögliche Anwendungen:

  • Herstellung von hydrophoben, hydrophilen oder antibakteriellen Oberflächen
  • Anbringung holographischer Dekore
  • Verbesserung der Haftfähigkeit
  • Verbesserung der Absorptions- oder Emissionsfähigkeit von Bauteilen
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Mit dem DLIPµcube lassen sich feine Strukturen auf metallischen Untergründen schaffen, ohne die mechanischen Eigenschaften zu verändern.
Foto: Fraunhofer IWS
Mit dem DLIPµcube lassen sich feine Strukturen auf metallischen Untergründen schaffen, ohne die mechanischen Eigenschaften zu verändern.
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Oberflächentechnik

Ehla-Verfahren: Heizwalze mit 200 m/min beschichten

Es geht rund beim weltweit erfolgreichen Ehla-Verfahren des Fraunhofer  ILT, wie auch dieses Beispiel einer Beschichtung von Heizwalzen zeigt.

    • Oberflächentechnik, Beschichten
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IT-Lösungen

Metallischer 3D-Druck für den industriellen Einsatz

Den 3D-Druck von Metallbauteilen mindestens um den Faktor 10 beschleunigen – mit diesem Ziel startete 2017 das Fraunhofer-Leitprojekt „Future AM“.

    • IT-Lösungen, Simulation, Software, Werkstoffe, Verbundmaterialien
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Trenntechnik

LMJ: hochpräzise Bearbeitung mit kühlendem Wasser-Laser

Beim patentierten LMJ-Prozess sorgen Laser und Wasser gemeinsam für ausgezeichnete Ergebnisse. Wir stellen das „kalte“ Bearbeitungsverfahren näher vor.

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Der neue Diodenlaser ist vor allem für Buntmetalle wie Kupfer geeignet.

Laserschweißen

Bessere Kupferbearbeitung durch blauen 3 kW Diodenlaser

Mit einem neuen 3kW Diodenlaser von Laserline lässt sich Kupfer schneller und klimafreundlicher bearbeiten.

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