Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Technologiefeld Oberflächentechnik

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Oberflächentechnik

Im Technologiefeld »Oberflächentechnik« entwickelt das Fraunhofer ILT laserbasierte Technologien für die effiziente Bearbeitung, Funktionalisierung und Veredlung von Oberflächen.

Für elektronische Anwendungen, für den Verschleiß- und Korrosionsschutz sowie für optische und strukturelle Applikationen werden dünne Schichten genutzt. Die Ortsselektivität, die geringe thermische Belastung der Werkstücke und die Inline-Fähigkeit eröffnen beim Lasereinsatz viele Möglichkeiten in der Gestaltung neuer Produktionsprozesse und Bauteile, in die sich Funktionalitäten integrieren lassen.

Bauteilzustandsdaten wie thermische und mechanische Belastungen, die sich durch spezielle Sensoren erheben lassen, bilden eine Basis für Predictive Maintenance-, Big Data- und KI-Ansätze in der Produktion. Das Fraunhofer ILT kombiniert verschiedene Fertigungsmethoden, um z. B. gedruckte Leichtbauteile mit entsprechenden Sensoren auszustatten. Etwa die Kombination von Laser Powder Bed Fusion mit digitalen Druck- und Lasernachbehandlungsverfahren ebnet den Weg zur Herstellung »fühlender« Bauteile.

Strukturierte Oberflächen tragen aufgrund ihrer Funktionalität z. B. in Verbrennungsmotoren zur Reibungsminimierung, in Beleuchtungssystemen zur Effizienzsteigerung oder in Brennstoffzellen zur verbesserten Aktivierung von chemischen Prozessen bei. Als Qualitätsmerkmal von Produkten spielt die Oberflächenbeschaffenheit zudem eine wichtige Rolle. 

3D-Texturierung von Freiformflächen mit UKP-Laser.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
3D-Texturierung von Freiformflächen mit UKP-Laser.
Mit Laserstrahlung gereinigter Verdichterläufer, davon zwei Schaufeln im ungereinigten Ausgangszustand.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Mit Laserstrahlung gereinigter Verdichterläufer, davon zwei Schaufeln im ungereinigten Ausgangszustand.

Eine hochpräzise Strukturierung nahezu beliebiger Materialien oder einen selektiven Dünnschichtabtrag ermöglichen Ultrakurzpuls(UKP)-Laser. Strukturgrößen bis in den Sub-Mikrometerbereich lassen sich somit realisieren. Hochleistungs-UKP-Laser und der Einsatz von Multistrahlverfahren ermöglichen es, die entwickelten Prozesse zu skalieren und Bearbeitungsdauern signifikant zu reduzieren.

Vorteile gegenüber konventionellen Schleif- und Polierverfahren bietet das Polieren mit Laserstrahlung. Durch die Kombination von schnell beweglichen Achssystemen, moderner Scannertechnologien und angepasster Laseroptiken lassen sich komplexe 3D-Oberflächen mit hoher Geschwindigkeit automatisiert bearbeiten. Zudem werden effiziente Laserverfahren für das Reinigen, Entschichten oder Beschriften von Bauteilen verschiedener Art entwickelt.

Die Laserwärmebehandlung wird zur lokalen Funktionalisierung von Bauteilen und Halbzeugen genutzt, etwa zur Verbesserung des Verschleißschutzes, zur Minimierung des Verzuges oder zur besseren lokalen Umformbarkeit. Mit neuen Technologien kann hier z. B. die Energieabsorption crash-relevanter Bauteile optimiert oder Bauteilversagen durch Sprödbruch vermieden werden.

Durch die gezielte photochemische Funktionalisierung in der Medizintechnik oder Biophotonik lassen sich beispielsweise die Benetzungseigenschaften und die Zelladhäsionseigenschaften von Oberflächen kontrollieren. Ein Ziel von Forschung und Entwicklung in diesem Bereich ist es, solche Modifizierungen in formgebende Prozesse wie den 3D-Druck zu integrieren.

Das Fraunhofer ILT bietet Kunden aus Industrie und Forschung laserspezifische Lösungen, die Werkstoff, Produktdesign, Konstruktion, Produktionsmittel und Qualitätssicherung mit einbeziehen.

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