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Multi-Remote-Anlage Großflächig, schnell und flexibel mit Lasern bearbeiten

Redakteur: Rebecca Vogt

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) hat ein neuartiges Remote-Anlagenkonzept entwickelt. Mit diesem soll eine schnelle, flexible und großflächige Laserbearbeitung von Werkstoffen wie Aluminium, Edelstahl oder faserverstärkten Kunststoffen ermöglicht werden. Künftige Anwendungsfelder liegen in der Automobil- sowie in der Luftfahrtindustrie.

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Die Multi-Remote-Anlage des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik bearbeitet große Flächen mit Laserstrahlung und Atmosphärendruckplasma.
Die Multi-Remote-Anlage des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik bearbeitet große Flächen mit Laserstrahlung und Atmosphärendruckplasma.
(Bild: Fraunhofer IWS Dresden)

Um mit der neuen Anlage Mu-Re-A eine schnelle und flexible Laserbearbeitung zu erreichen, werden Laser-Remote-Systeme, Spindelantriebe und leistungsfähige Strahlquellen miteinander kombiniert. Bei einer Geschwindigkeit des Laserstrahls von bis zu 10 m/s werden Bearbeitungsfelder von bis zu 1 m² abgedeckt. Das Ergebnis laut Fraunhofer: Werkstoffe wie Aluminium, Edelstahl oder auch faserverstärkte Kunststoffe lassen sich mit der Laseranlage großflächig, flexibel und schnell bearbeiten.

Laserprozesse für Anwendungen in der Industrie

Die von den Fraunhofer-Forschern konzipierte Multi-Remote-Anlage steht für Grundlagenuntersuchungen und weitere Projekte zur Verfügung. Durch eine Kombination aus höhenverstellbaren Hochleistungsscannern und einem verfahrbaren Kreuztisch sei es möglich, komplexe Bauteile großflächig und flexibel zu bearbeiten. So verfügt Mu-Re-A über Laserstrahlquellen im kW-Leistungsbereich mit Wellenlängen von 1 μm und 10,6 μm. Die Strahlquellen können dabei einzeln oder gleichzeitig eingesetzt werden.

Zusätzlich nutzen die Forscher die Steuerung von Scanner- und Maschinentisch so, dass auch Endlosmaterial – wie textile Gewebe, Metalle oder Organobleche – bearbeitet werden kann. Auf diese Weise ließen sich Laserprozesse wie Schweißen, Schneiden oder Abtragen effizient entwickeln und in Industrieanwendungen überführen. Das Spektrum reiche von der Kleinserienproduktion über die Anlagenkonfiguration bis zur Anpassung von Anlagenkomponenten für die industrielle Produktion.

Nachfrage vor allem in der Automobilindustrie und der Luftfahrt

Hintergrund der Entwicklung ist die zunehmende Nachfrage nach leistungsfähigen Laseranlagen. So erfordert der Leichtbau mit unterschiedlichen Werkstoffen flexible Herstellungs- und Bearbeitungstechniken für blechförmige Halbzeuge. „Insbesondere die Branchen Automotive und Luftfahrt benötigen Maschinensysteme, die Bearbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/min umsetzen“, erklärt Annett Klotzbach, Gruppenleiterin Kleben und Faserverbundtechnik am 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 mm. Bereits kleine Auslenkungen der Spiegel bewegten den Laserspot mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s.

Absaugkammer für gefährliche Partikel und Dämpfe

Beim Laserabtragen, -trennen oder -strukturieren von Materialien wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder Edelstahl entstehen Partikel und Dämpfe, die gesundheitsgefährdend sind und auch den elektrischen sowie mechanischen Komponenten der Anlage schaden können. Das IWS-Projektteam hat daher nicht nur an der Kapselung der Elektronik gearbeitet, sondern zusätzlich eine Absaugkammer eingebaut. Diese entfernt Abfallprodukte im etwa 1 m3 fassenden Arbeitsraum und scheidet sie mittels spezieller Filtertechnik ab.

Außerdem 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 werde die Oberfläche gereinigt und die Oxidschicht positiv beeinflusst. Da die Behandlung mit Atmosphärendruckplasma eine Oberfläche chemisch aktiviert und die Haftung unterschiedlicher Stoffe verbessert, banden die Forscher zusätzlich Doppelrotationsdüsen in die Anlagenkonfiguration ein, was die sequenzielle oder gleichzeitige Materialbehandlung mittels Plasma und Laser ermöglicht.

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