Arbeitsschwerpunkte

• Laserstrahlauftragschweißen: Ein- und zweistufige Verfahren, Mikrolaserauftragschweißen, Mikrolasersintern
• Laserstrahldispergieren
• Laserstrahlhärten
• Laserstrahllegieren
• Entwicklung von Echtzeit-Temperaturregelungssystemen für oben genannte Prozesse
• Entwicklung von Pulverfördersystemen zu Minimalmengenförderung nicht fließfähiger Pulver
• Verarbeitung von Nickelbasissuperlegierungen, Titanlegierungen und Formgedächtnislegierungen
• Metallographische Analyse von Nickelbasisuperlegierungen, Titanlegierungen und Formgedächtnislegierungen, auch als Feinpulverwerkstoff
• Anwendungen der Oberflächentechnik für die Biomedizintechnik

Aktuelle wissenschaftliche Arbeiten und Schwerpunkte

EU-Projekt: „Manudirect“

Im Jahr 2008 wurden in der Gruppe Oberflächentechnik insgesamt 5 öffentlich geförderte Forschungsprojekte bearbeitet. Dabei stellten das Laserstrahlauftragschweißen und -sintern die thematischen Schwerpunkte dar, wobei die Mikroprozesse jeweils von besonderem Interesse waren. Ziel des EU-Projekts „Manudirect“ ist die direkte Herstellung von metallischen Mikrobauteilen mit einer Strukturauflösung < 50 μm. In 2008 konnte die dazu am LZH aufgebaute Laborplattform erfolgreich in Betrieb genommen werden. Aus Feinpulvern wurden einschichtige Nahtgeometrien mit einer Nahtbreite < 30 μm erzeugt. Auch ein mehrschichtiger und flächiger Aufbau konnte erzielt werden.

DFG-Projekt: „Laserauftragschweißen zur Oberflächentexturierung“

Im DFG-Projekt „Laserauftragschweißen zur Oberflächentexturierung“ wurde eine Prozesstechnik zur Aufbringung flächiger Strukturen auf eine ebene Oberfläche aufgebaut. Die aufzubringende Struktur wird softwareseitig in Zeilen aufteilt. Diese werden dann von einem Laserscanner nacheinander belichtet, während der pulverförmige Zusatzwerkstoff durch eine Flachstrahldüse appliziert wird. Durch Anwendung dieses Verfahrens konnten flächige Strukturen ohne Strukturüberhöhungen in Überlappbereichen erzielt werden. Zukünftig sollen die Einzelstrukturbreiten durch den Einsatz eines Faserlasers deutlich reduziert werden. Durch Anpassung der Düsenkonstruktion ist außerdem geplant, eine Variation der Schichtdicke innerhalb eines Prozesses zu realisieren.

Sonderforschungsbereich „Transregio 37“

Im Sonderforschungsbereich „Transregio 37“ wurde im Teilprojekt C2 „Mikrofunktio-nalisierte Formgedächtnis-Implantate“ ein Verfahren zur elektrolytischen Politur von Feinanteilpulvern einer Nickel-Titan-Formgedächtnislegierung entwickelt, so dass eine artefaktfreie Darstellung des Gefüges erfolgen kann. Ziel des Projektes ist es, aus den NiTi-Pulvern aktorische Mikroimplantate aufzubauen, die mit Stammzellen besiedelt werden können. Die Aktorik des Implantats soll nachfolgend die Differenzierung der Stammzellen zu Knochenzellen einleiten. Die Verträglichkeit der im Mikrolasersinterverfahren hergestellten Strukturen für die Zielzellen sowie die Möglichkeit der osteogenen Differenzierung konnten in Zusammenarbeit mit der Medizinischen Hochschule Hannover erfolgreich gezeigt werden.

BMBF-Projekt „Nanopart“

Im BMBF-Projekt „Nanopart“, das im Januar 2008 begonnen wurde, wird in der Gruppe Oberflächentechnik ein kombinierter Laserstrahlauftragschweiß- und Dispergierprozess entwickelt. Dabei werden in auftraggeschweißte Feinkonturen keramische Nanopartikel eingebracht. Die so erzeugten Nanokomposit-Schichten weisen sowohl eine hohe Verschleißfestigkeit als auch eine hohe Duktilität auf, indem sie die günstigen Eigenschaften der metallischen Matrix und der keramischen Nanopartikel kombinieren. Ein Anwendungsbeispiel: In der Papierindustrie müssen Formen zum Stanzen von Papier schnell und kostengünstig hergestellt werden. Hierzu ist die Erzeugung filigraner und äußerst verschleißbeständiger Strukturen auf den Prägewalzen erforderlich. Diese Anforderungen können durch den in Nanopart entwickelten Prozess erfüllt werden. So wird die bisherige Prozesskette, die z. B. den Schritt des nasschemischen Ätzens enthält, erheblich verkürzt.

„ForschungsprämieZwei“

Mit Unterstützung des BMBF wurden in 2008 im Rahmen der „ForschungsprämieZwei“ Untersuchungen zum laserinduzierten Schäumen von Titan durchgeführt. Auf Basis einer Zusammenarbeit mit dem Institut für Mineralogie der Leibniz Universität Hannover wurden Treibmittel entwickelt um Titan in der schmelzflüssigen Phase laserinduziert aufzuschäumen. Poröse Titanwerkstoffe haben ein hohes Einsatzpotenzial in der Luft und Raumfahrttechnik, in der Chemieindustrie und insbesondere in der Medizintechnik. Die Herstellung von Titanschäumen aus der Flüssigphase wird bislang wegen der großen Anzahl notwendiger Prozessschritte, wegen der hohen Affinität flüssigen Titans zu Verunreinigungen und des hohen Werkstoffverschleißes bei der spanenden Nachbearbeitung nicht verfolgt. In den am LZH durchgeführten Untersuchungen konnten im Laserstrahlauftragschweißverfahren Titanschaumstrukturen mit einer Porosität von ca. 30 % generiert werden. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass durch entsprechende Weiterentwicklungen der Treibmittel- und Prozesstechnik die Porositäten auf die für die beschriebenen Anwendungen erforderlichen 40 % bis 60 % erhöht werden können. Auf Basis dieser erfolgreichen Voruntersuchungen wurde bei der DFG für 2009 ein Antrag auf Gewährung einer Sachbeihilfe gestellt.