Auf der Sonderschau "Photons in Production" werden aktuelle Forschungsarbeiten im Bereich der Lasermaterialbearbeitung auf dem Gemeinschaftsstand von folgenden Kooperationspartnern vorgestellt:
Einen ersten Einblick in die Themen erhalten Sie bereits im Vorfeld durch die Webinarreihe „Photons in Production – Aus der Wissenschaft in die industrielle Anwendung“. Themen waren dabei die Simulation und Regelung der laserbasierten additiven Fertigung, die Materialbearbeitung mittels Ultrakurzpuls-Laser und der Einsatz von Lasern für die Elektromobilität.
Andreas Wimmer wurde 1989 in Altötting geboren und studierte Physik in Berlin (Freie Universität Berlin) und München (Ludwig-Maximilians-Universität München). Seit 2018 war er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TUM in der Abteilung Additive Fertigung tätig und ist seit 2021 Leiter dieser Abteilung. Sein Forschungsschwerpunkt liegt in der In-situ-Legierungsbildung für das Laser-Strahlschmelzen.
Elektrofahrzeuge können die CO2-Emissionen des Mobilitätssektors erheblich reduzieren. Daher ist es wichtig, die Elektromobilität für Hersteller und Kunden technisch und wirtschaftlich attraktiv zu gestalten. Der Einsatz von Lasermaterialbearbeitung kann die Produktionskosten senken und neue Designs von Energiespeichern ermöglichen. In diesem Vortrag werden relevante Laserverfahren diskutiert, die derzeit erforscht werden und in verschiedenen Anwendungen der Elektromobilität zu erheblichen Vorteilen führen können.
Über Lazar Tomcic
Lazar Tomcic wurde 1992 in Leipzig geboren und studierte Produktion und Automatisierung an der Hochschule München und an der École d'ingénieur-e-s in Paris. Seit 2018 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) im der Abteilung Lasertechnik an der Technischen Universität München (TUM). Sein Forschungsschwerpunkt ist die Inline-Qualitätssicherung beim Laserstrahlschweißen von Kupfer für Anwendungen im Bereich der Leistungselektronik.
Bei der herkömmlichen Lasermaterialbearbeitung, unabhängig davon, ob es sich um Schweißen, Schneiden oder Additive Fertigung handelt, werden Gaußsche Strahlprofile verwendet, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Das bedeutet, dass das Intensitätsprofil in der Fokusebene durch eine Gaußsche Funktion beschrieben werden kann. Diese Intensitätsverteilung muss nicht unbedingt das Optimum für den jeweiligen Prozess darstellen. Durch Strahlformung lässt sich eine, für spezifische Anwendungen günstige, Intensitätsverteilung erzeugen. Die veränderten Randbedingungen ermöglichen eine verbesserte Prozesskontrolle und -stabilität. In diesem Vortrag werden beispielhaft mögliche Vorteile für die Materialbearbeitung und die Additive Fertigung diskutiert.
Über Florian Kaufmann:
Florian Kaufmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter und Gruppenleiter Prozesstechnik Metalle bei der Bayerisches Laserzentrum GmbH in Erlangen. Der Schwerpunkt seiner wissenschaftlichen Arbeit liegt auf der Bearbeitung hochreflektierender Materialien mit Hochleistungslaserstrahlquellen im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich.
Über Richard Rothfelder:
Richard Rothfelder ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Photonische Technologien (LPT) an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Seine wissenschaftliche Arbeit konzentriert sich auf die lokale in-situ Modifikation von Titanlegierungen mittels strahlgeformter Laserprofile.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einsatz eines Quotientenpyrometers zur temperaturbasierten Laserleistungsregelung für die Additive Fertigung mehrlagiger Werkzeugstahlprobekörper im DED-LB\M Prozess untersucht.
Hierfür wurde das Hochgeschwindigkeits-Quotientenpyrometer H322 der Firma Sensortherm koaxial in den Strahlengang des Laserbearbeitungskopfes YC52 der Firma Precitec implementiert. Die on-axis-Ausrichtung des Quotientenpyrometers ermöglicht eine vorschubrichtungsunabhängige Erfassung der Quotiententemperatur innerhalb der Wechselwirkungszone zwischen Laser/ Pulver und Schmelzbad. Das Quotientenpyrometer ist mit einem PI – Regler, der für die Laserleistungsregelung benötigt wird, ausgestattet.
Im geschlossenen Regelkreis wird die Quotiententemperatur (Regelgröße) der Prozesszone kontinuierlich gemessen. Sobald der Messwert einen im Vorfeld definierten Sollwert unter- oder überschreitet, wird die Laserstrahlleistung als Stellgröße angepasst (Stellgröße). Auf diese Weise wird die Quotiententemperatur konstant gehalten, was konstanten thermodynamischen Randbedingungen bei der Herstellung mehrschichtiger Probekörper gewährleistet.
Im Rahmen der Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass im Closed-Loop-Betrieb eine annähernd konstante Prozesszonentemperatur und damit verbunden ein aus thermodynamischer Sicht stabiler AF-Prozess erreicht werden kann. Die tempperaturbasierte Laserleistungsregelung erlaubt die Erzeugung dreidimensionaler Probekörper (z.B. dünne Wände oder würfelförmigen Körper) mit ausgezeichneter geometrischer Maßhaltigkeit. Darüber hinaus begünstigt die Prozessregelung die Ausbildung eines weitgehend homogenen, Gefüges, was sich in einer konstanten ortsunabhängigen Härte der hergestellten Werkzeugstahlprobekörper widerspiegelt.
Co-Autoren: Dr. Helmut Kriz (Sensortherm GmbH); Adam Frédéric (Precitec KG); Christian Staudenmaier (Precitec KG)
Über Oliver Hentschel:
Oliver Hentschel studierte Physikalische Technik und Angewandte Physik mit dem Schwerpunkt auf photonischen Technologien. Er ist seit Oktober 2012 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Photonische Technologien (LPT) an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Er ist Mitglied der Forschungsgruppe Additive Fertigung und beschäftigt sich hauptsächlich mit dem Verfahren des Laserpulverauftragschweißen (DED-LB\M). Darüber hinaus ist er seit 2020 als wissenschaftlicher Berater am Bayerischen Laserzentrum in Erlangen tätig.
Beim Pulverbettschmelzen von Metallen mit einem Laserstrahl (PBF-LB/M) treten aufgrund von lokalen Temperaturunterschieden hohe Eigenspannungen auf. Diese Eigenspannungen können während des Fertigungsprozesses zu Rissen führen. In diesem Vortrag wird ein Ansatz für die simulative Vorhersage von spannungsinduzierten Rissen in IN718 vorgestellt.
Über Daniel Wolf:
Daniel Wolf wurde 1991 in Siegen geboren und studierte Maschinenbau an der Technischen Universität München. Seit 2018 ist er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TUM in der Abteilung Additive Fertigung tätig. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in der Laser- und Metallpulver-basierten additiven Fertigung und in der Simulation des mechanischen Versagens im Aufbauprozess.
Hochpräzise Laserbearbeitung ist ein wachsender Bestandteil in verschiedenen Industriezweigen wie der Halbleiter- und Elektronikfertigung und der Herstellung medizinischer Komponenten. Um höchste Präzision bei Laserprozessen wie Schneiden und Mikro-/Nanostrukturierung zu gewährleisten, muss der betreffende Prozess entweder im Detail untersucht werden, um optimale Prozessparameter zu erhalten, oder es muss eine Methode zur Messung relevanter Qualitätsparameter während des Prozesses vorhanden sein, um den Prozess direkt im laufenden Betrieb zu kontrollieren. Die optische Kohärenztomographie (OCT) hat das Potenzial, ein Werkzeug für Inline-Messungen relevanter Parameter wie Ablationstiefe und -geometrie sowie für Echtzeitmessungen während des Prozesses selbst zu sein. Der Vortrag enthält eine kurze Beschreibung der OCT-Prinzipien und erste Experimente, bei denen die Ultrakurzpulslaser-Oberflächenablation mit Inline-OCT-Messungen kombiniert wird.
Über Frederik Buckstegge
Frederik Buckstegge studierte Physik an der RWTH Aachen mit dem Schwerpunkt experimentelle Physik der kondensierten Materie und arbeitete eine Zeit lang als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ILT/RWTH TOS. Nach seinem Abschluss begann er in der Systemtechnikgruppe der Bayerisches Laserzentrum GmbH (blz) zu arbeiten, wo er sich vor allem mit Optikdesign sowie Kurz- und Ultrakurzpuls-Prozessdesign und -Entwicklung beschäftigte.
