Die Lasermaterialbearbeitung bietet großes Potential für zukünftige Anwendungen, von der Luft- und Raumfahrtindustrie, über den Automobil- und Maschinenbau bis zur Medizintechnik. Das Werkzeug Laserstrahl wird zum Fügen, zur Additiven Fertigung, zur Mikrostrukturierung, zum Umformen und vielem mehr eingesetzt, um durch den präzisen, reproduzierbaren Energieeintrag die gewünschten Prozessergebnisse zu erzielen. In der Abteilung Prozess-Grenzflächen richten Dr.-Ing. Peer Woizeschke und sein Team Ihre Aufmerksamkeit insbesondere auf die Grenzflächen und zwar vor, während und nach dem eigentlichen Bearbeitungsprozess. Grenzflächen nehmen in Lasermaterialbearbeitungsprozessen oft eine Schlüsselrolle hinsichtlich des Prozessverhaltens und des Prozessergebnisses ein.

Grenzflächen können den Prozessablauf und somit das Ergebnis auf vielfältige Weise beeinflussen. Neben Absorptionsvorgängen der Laserstrahlung im Material befinden sich beispielsweise Benetzungs- und Mischungsprozesse, grenzflächenspezifische Prozessstrategien sowie resultierende Grenzschichteigenschaften bei Lötverbindungen und hybriden Strukturen im Fokus der Arbeiten.

Zum einen werden gänzlich neue Wege erdacht, erprobt und grundlegend erforscht sowie zum anderen etablierte Technik stetig weiterentwickelt, wobei die industrielle Umsetzbarkeit stets im Blick bleibt. Aktuell beschäftigt sich die Abteilung im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsprojekten sowie Industrieaufträgen schwerpunktmäßig mit:

  • dem Fügen von Leichtmetallen und ultrahochfestem Stahl
  • dem Erzeugen von Multi-Material- Verbindungen
  • dem effizienten Laserlöten von Aluminium
  • der Keyholedynamik beim Tiefschweißen
  • der Heißrissvermeidung sowie
  • der Spritzerbildung beim Aluminiumschweißen
  • der Verbesserung der Nahtoberflächenqualität
  • der Erforschung des sogenannten Knopflochschweißens und
  • dem erweiterten Laserstrahlbiegen

Dabei reicht die Bandbreite von der Grundlagenforschung über die Prozessentwicklung und die Fertigung industrieller Demonstratoren oder Kleinserien bis zur Konzeptentwicklung von Schweißanlagen und deren Umsetzung beim Kunden. Die große Palette an zur Verfügung stehenden Laserstrahlquellen mit Ausgangsleistungen von wenigen Watt bis zu 12 kW im Dauerstrich-(cw)-Betrieb und mit Pulsdauern bis hinunter in den Pikosekundenbereich erlaubt in Verbindung mit unterschiedlichsten Strahlführungs- und Strahlformungssystemen verschiedenste Anwendungen. Die Vorteile des Laserstrahls hinsichtlich der Präzision und Reproduzierbarkeit ermöglicht den Einsatz vom Makro- bis in den Mikrobereich, sprich vom Schiffbau bis zum Stent.

Während bei Aluminium verschiedenste Legierungsvarianten zum Einsatz kommen, werden im Fall von Titan insbesondere Reintitan sowie die hochfeste Legierung Ti6Al4V verarbeitet. Im Bereich Stahl wird grundsätzlich ebenfalls eine breite Palette an Varianten untersucht. Im Fokus stehen aktuell elektrolytisch- und feuerverzinkte sowie ultrahochfeste Stahlsorten, welche hinsichtlich Löt- bzw. Schweißbarkeit charakterisiert werden, um geeignete Prozessstrategien zu entwickeln.

In ihren Arbeiten setzt die Abteilung eine Vielzahl an Prozessbeobachtungstechnologien ein. Neben Hochgeschwindigkeitsvideos, Temperaturfeldanalysen, Schwingungsmessungen können taktile und berührungslose Sensoren sowie weitere optische Messtechniken prozessbegleitend angewandt werden. Die Untersuchungen finden in der Regel an Modell- (z. B. Tropfenbenetzungstest), an Coupon- oder Bauteilproben statt.

Peer Woizeschke

Dr.-Ing.
  • Abteilungsleiter

Den Arbeiten im Labor folgen meist mechanisch-technologische Prüfungen unter quasi-statischer oder zyklischer Belastung sowie metallographische Analysen mittels lichtmikroskopischer, elektronenmikroskopischer und computertomographischer Verfahren an Proben, Schliffen und Bruchflächen. Ergänzend zu Experimenten verfolgt die Abteilung Prozess-Grenzflächen seit vielen Jahren den Einsatz numerischer Modelle, um Phänomene und Zusammenhänge zu verstehen sowie Prozesse und Systemtechnik gezielt auszulegen. Neben mechanischen und thermo-mechanischen Modellen sind insbesondere Strömungssimulationen von großer Bedeutung für aktuelle und zukünftige Entwicklungen.

Ein wesentlicher Vorteil liegt am BIAS in der Vielfalt an laser- und lichtbogenbasierten Prozessen zur Materialbearbeitung und an der Nähe zur optischen Messtechnik. So existieren unterschiedlichste Schnittmengen zwischen den Abteilungen und Gruppen, welche die Arbeiten häufig bereichern, die Lösungsfindung vereinfachen und den Wirkbereich von Erkenntnissen erweitern.

Materialbear­beitung und Bearbeitungs­systeme

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Frank Vollertsen

Optische Mess­technik und optoelektro­nische Systeme

Leitung: Prof. Dr. rer. nat. habil. Ralf B. Bergmann