Werkstoff- und Prozesstechnik

Die Wechselwirkung von Laserstrahlung mit vorwiegend metallischen Werkstoffen, von den Grundlagen bis zur industriellen Auftragsforschung, wird in der Abteilung Werkstoff- und Prozesstechnik erforscht. Die Entwicklung von innovativen Lösungen für Anwendungen im Automobilbau, in der Luft und Raumfahrt, im Werkzeug- und Formenbau, im Schiffbau oder in der Biomedizintechnik ist dabei das Ziel. Häufig erfolgt dies in nationalen und internationalen Forschungsverbünden.

Die Arbeit der Gruppe Fügen und Trennen von Metallen konzentriert sich auf die Weiterentwicklung industriell relevanter Prozesse der makroskopischen Lasermaterialbearbeitung bei der Verwendung moderner Hochleistungsstrahlquellen. Im Fokus stehen innovative Laserhybridprozesse für das Schweißen und Löten, wie zum Beispiel das Schweißen dicker Stahlbleche (23 mm Materialstärke und darüber) oder das Fügen metallischer Mischverbindungen (z. B. Stahl/Al, Cu/Al). Hierbei liegt das Augenmerk auf umweltschonenden Innovationen z. B. für den automobilen Leichtbau durch Einsatz von Leichtmetallen oder die effizientere Herstellung von Solarthermiemodulen durch kostenoptimierte Prozessführung. Die Bearbeitung von Formgedächtnislegierungen (FGL) mit dem Laser zur Verwendung in Osteosyntheseimplantaten ist ein weiteres Forschungsfeld der Gruppe, genauso wie die Arbeiten im Bereich Lasertrennen – hier liegt der Forschungsschwerpunkt auf dem Trennen neuer Werkstoffe und der Erzielung einer optimalen Produktqualität.

In der Gruppe Maschinen und Steuerungen werden lasergesteuerte WIG/MSG-Schweißverfahren sowie die Simulation und Prozessüberwachung erforscht, entwickelt und untersucht. Die Entwicklung von Systemkomponenten bis hin zu kompletten Laseranlagen gehört genauso zu der Expertise der Gruppe, wie der Transfer und die serienreife Implementierung neuer Laserprozesse aus dem Labor in die industrielle Umgebung.

Das Portfolio der Gruppe Oberflächentechnik umfasst neben der Oberflächenbearbeitung und -modifikation durch Laserstrahldispergieren und -legieren zur Erhöhung von Härte und Festigkeit auch die Regeneration hochwertiger Investitionsgüter und die Entwicklung additiv gefertigter Produkte im Mikro- und Makromaßstab. Die Spanne der Applikationen reicht dabei, im Rahmen der aktuellen Projekte, von der Biomedizintechnik bis zum Luftfahrtsektor. So wird zum Beispiel einerseits am Laserschmelzen von pulverförmigen FGL zur Implantatherstellung geforscht und andererseits an der Reparatur hoch temperaturbelasteter Turbinenschaufeln mittels kristallinem Rissschweißen gearbeitet.

Für die industrielle Umsetzung neuer Laserbearbeitungsverfahren ist die strikte Beachtung der Lasersicherheit gemäß der nationalen und europäischen Gesetzgebung essentiell, denn Risikoanalysen zu Arbeitssicherheit und Umweltschutz sind zentrale Bestandteile von Laserprozessen. Beratungen zur Minimierung der primären Gefährdung durch Laserstrahlung sind genauso Teil der Arbeit der Gruppe Sicherheitstechnik, wie die Entwicklung persönlicher Schutzkleidung. Darüber hinaus werden sekundäre Gefährdungen, z. B. Emissionen und Immissionen von Gefahrstoffen, die bei der Laserbearbeitung entstehen, analysiert und bewertet. Durch eine angepasste Erfassung bzw. eine Optimierung der Prozessparameter erreichen die Wissenschaftler dann im zweiten Schritt eine Minimierung der partikulären und gasförmigen Prozessemissionen.