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„Alte“ Laser auf modern getrimmt

Geschickter Einsatz macht herkömmliche Systeme nutzbar

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Aber nicht nur neue Laser-Generationen und neue Lichtquellen ermöglichen neue Fertigungstechnologien. Auch der geschickte Einsatz herkömmlicher Lasersysteme eröffnet neue Bearbeitungsmöglichkeiten. So lassen sich mit dem Laser winzige Strukturen schnell und kostengünstig aufbringen.

Verbindung von ungleichen Partnern

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT in Aachen haben gemeinsam mit der Freudenberg Anlagen- und Werkzeugtechnik eine Laserstrukturierungs-Anlage entwickelt. Mit dem Lasermodul ist es zum Beispiel möglich, Entlüftungsstrukturen in Abformwerkzeuge oder so genannte tribologische Strukturen auf dreidimensionalen Oberflächen verzerrungsfrei abzubilden – und das 80 Prozent schneller als mit der herkömmlichen Ätztechnik. Weiterer Vorteil: Die Herstellungskosten sinken um etwa 70 Prozent.

Mit der neuen Laserstrukturieranlage lassen sich hochpräzise Mikrostrukturen dreidimensional fertigen. © Fraunhofer IPT

Kunststoff und Metall sind ein ungleiches Paar – dank eines neuen lasergestützten Verfahrens finden sie doch zusammen. Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen lassen sich mit „LIFTEC®“ fertigen. Der Trick: Die Forscher erwärmen das metallische Bauteil durch den Kunststoff hindurch mit Laserstrahlung. Die erwärmte Komponente beginnt den Kunststoff leicht zu schmelzen und lässt sich so in das Plastik-Bauteil drücken. Das Metall wird erneut erhitzt und durch weiteren mechanischen Druck in den Kunststoff gepresst. So lassen sich die beiden ungleichen Partner miteinander verbinden.

Laserstrahlschweißen mit Faserlasern ermöglicht es sogar, transparente Kunststoffe zu verbinden. © Fraunhofer ILT

Temperaturfesteres Material im Einsatz

„Wesentliches Element des Verfahrens ist ein Bauteil mit einer im Vergleich zum Kunststoff-Fügepartner größeren Schmelztemperatur. Für das temperaturfestere Material können neben Metallen und Keramiken sogar auch temperaturfeste Kunststoffe eingesetzt werden“, erläutert Arnold Gillner, Abteilungsleiter Mikrotechnik am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT.

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Das generative Fertigungsverfahren Selective Laser Melting (SLM) hat sich zur direkten Herstellung von metallischen Funktionsbauteilen bereits in einigen Branchen der Industrie bewährt. Schicht für Schicht wird Metallpulver mit einem Laserstrahl selektiv aufgeschmolzen. So entsteht auf Grundlage der 3-D-CAD Daten das Bauteil.

Neue Möglichkeiten beim Zahnersatz

Für die Verarbeitung von Titan- und Stahlwerkstoffen liegen bereits umfangreiche Kenntnisse der SLM-Prozessführung und der resultierenden mechanischen Eigenschaften vor. Die Dentalindustrie setzt das Verfahren ein, um Zahnersatz zu fertigen, und im Werkzeugbau wird es zur Produktion von Formeinsätzen mit konturnahen Kühlkanälen für Spritz- und Druckgußwerkzeuge genutzt.

Nun arbeiten Forscher des ILT daran, das SLM-Verfahren auch für Aluminium-Legierungen wie AlSi10Mg zu qualifizieren. Das Bundesforschungsministerium fördert das Verbundprojekt „Alugenerativ“. Aluminium-Legierungen sind vor allem in der Automobilindustrie, im Maschinenbau oder in der Flugzeugindustrie im Einsatz. Bislang werden hier serienidentische Funktionsprototypen, Einzelteile oder Kleinserien aus Aluminium meist mit Druckguss oder konventionellem Prototyping gefertigt.

Schnellere Fertigung

Am Beispiel eines Ventils aus AlSi10Mg haben Forscher des ILT in enger Kooperation mit dem Industriepartner Festo nachgewiesen, dass sich die Bauteile mit SML deutlich schneller fertigen lassen: Um sechs serienidentische Funktionsprototypen herzustellen, braucht man mit dem generativen Verfahren nur sieben Arbeitstage. Zum Vergleich: Beim Druckguss werden 120 und bei konventionellem Prototyping über Fräsen, Erodieren und Drehen 30 Arbeitstage benötigt.

„Dabei entsprechen die mechanischen Eigenschaften denen der herkömmlich gefertigten Bauteile. Bei einzelnen Eigenschaften übertreffen sie diese sogar. Ein entscheidendes Kriterium für den Einsatz in der Industrie“, erläutert Wilhelm Meiners vom ILT.

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Birgit Niesing / Fraunhofer-Magazin
Stand: 05.06.2009

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Inhalt des Dossiers

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