Industrielle Anwendung

Das Laserstrahlschweißen ist ein industriell weit verbreitetes Verfahren und bietet aufgrund seiner hohen Energiedichte und dem berührungslosen Energieeintrag wesentliche Vorteile gegenüber konkurrierenden Verfahren. Die Arbeiten des Fachgebietes Fertigungstechnik setzen sich dabei der Prozess- und Systemtechnik, dem Werkstoff sowie der Strahl-Stoff-Wechselwirkung auseinander, um innovative Ansätze zur Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeiten, der erreichbaren Nahtqualitäten sowie der Verarbeitung bedingt schweißgeeigneter Werkstoffe zu entwickeln und umzusetzen.

Das thermische Fügen von Metallen mit thermoplastischen Kunststoffen ist ein neuartiger Prozess, der mittels Laser- sowie Widerstandsfügen geführt werden kann. Die Anwendungen erstrecken sich dabei von der Automobilbranche über den Maschinen- und Anlagenbau bis hin zur "weißen Ware" in der Hausgerätetechnik. Das thermische Fügen ermöglicht dabei die direkte Herstellung eines Hybridverbundes ohne zusätzliche Fügeelemente oder Klebstoffe und erlaubt die gleichzeitige Nutzung beider Werkstoffe zur Umsetzung optimierter Bauteilstrukturen. Im Vordergrund der Arbeiten steht dabei die die Verknüpfung von Prozessdesign und resultierenden Werkstoffeigenschaften, dem Alterungs- und Ermüdungsverhalten sowie grundlegenden Betrachtungen zu Grenzfläche und Bindemechanismus.

Die metallographische bzw. materialographische Untersuchung von Probekörpern und Kundenbauteilen ist wesentlich für die Arbeiten am Fachgebiet Fertigungstechnik. Neben der Zielpräparation unterschiedlichster Werkstoffe von u.a. Aluminiumlegierungen, Stählen, Kupfer und Kunststoffen können weitergehende Analysen durchgeführt werden. Der Zugang zu weiteren Gerätschaften, u.a. Rasterelektronenmikroskop, Röntgendiffraktometer oder Laser-Scanning-Mikroskop sowie weiteren Geräten ist über das Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano® möglich.

Die additive Fertigung mit Lichtbogenschweißprozessen wie beispielsweise MSG-, WIG- oder Plasmaverfahren stellt eine ressourceneffiziente und wirtschaftliche Möglichkeit zur Herstellung von komplexen 3D-Bauteilen dar. Der Einsatz von draht- oder pulverförmigen Zusatzwerkstoffen ermöglicht dabei Aufbauraten von mehreren kg/h, wodurch die Herstellung großvolumiger Bauteile adressiert werden kann. Die Arbeiten am Fachgebiet Fertigungstechnik beziehen sich dabei vor allem auf die Steuerung des Energieeintrages und die daraus resultierenden Prozess-Werkstoff-Wechselwirkungen. Mit dem WAAM Verfahren (engl.: Wire Arc Additive Manufacturing) können nahezu alle metallischen Werkstoffe in Form von Draht verarbeitet werden.

Die Intensitätsverteilung des Laserstrahls kann einerseits gezielt durch optische Elemente manipuliert werden, andererseits treten in der Praxis häufig Abweichungen, bspw. ein Fokusshift, aufgrund von Verschmutzungen oder dem Effekt der thermischen Linse auf. Die präzise Kenntnis des Strahlprofils, der Leistungsverteilung sowie der Leistungsdichten ist dabei maßgeblich für gleichmäßige Bearbeitungsergebnisse. Neben Geräten zur Kaustik- und Leistungsmessung von kontinuierlich betriebenen Strahlquellen, besteht die Möglichkeit zur zeitaufgelösten Leistungsmessung gepulster Laserstrahlquellen.