Energiewirtschaft und Umwelttechnik

Die Energiebranche befindet sich in einem strukturellen Umbruch. Die Bedeutung erneuerbarer Energien steigt und die konventionellen Erzeugungssysteme müssen dem gestiegenen Konkurrenzdruck standhalten. In beiden Bereichen bietet das Fraunhofer ILT leistungsfähige Prozesstechniken an, um die jeweiligen Komponenten noch energieeffizienter und kostengünstiger zu gestalten.

So arbeitet das Fraunhofer ILT im Bereich erneuerbarer Energien an Fertigungsfragestellungen zu organischer und anorganischer Photovoltaik, bei der leistungsfähige Verschaltungstechnologien in hochproduktive Anlagen integriert werden. Insbesondere im Bereich der organischen Solarzellen bietet das Fraunhofer ILT hochmoderne Beschichtungs-, laserbasierte Dünnschicht-Modifikations- und Strukturierungssysteme im Rolle-zu-Rolle-Verfahren an. Diese zeichnen sich durch besonders hohe Flexibilität aus.

Darüber hinaus ermöglichen die Entwicklungen des Fraunhofer ILT auch in klassischen Bereichen der Energieerzeugung Leistungs- und Effizienzsteigerungen. Mit den additiven Fertigungsmethoden (Laser Additive Manufacturing) lassen sich in Zukunft Turbinenteile für noch höhere Verbrennungstemperaturen und damit höhere Energieeffizienz fertigen. Weiterhin erlaubt das Laserauftragschweißen eine effiziente Reparatur abgenutzter Turbinenteile. Die Ingenieure des Fraunhofer ILT sind in diesem Bereich schon mehrfach prämiert worden. Hinzu kommen neuartige Verfahren zur Herstellung von Kühlluftbohrungen in Turbinenschaufeln oder die Oberflächenbearbeitung zur Strukturierung von Solarzellen für eine Steigerung der Absorption.

Neben dem Energiethema widmet sich das Fraunhofer ILT vielfältigen Fragen bei der Herstellung und Rückgewinnung von Rohstoffen und wertvoller Materialien. Im Elektronikbereich lassen sich beispielsweise aus ausgedienten Mobiltelefonen seltene Rohstoffe über eine plasmagestützte Analyse mit hoher Genauigkeit selektieren und zurückgewinnen.

Laserauftragschweißen für Instandsetzung und Funktionalisierung

Reparatur des Frontrotors einer Flugzeugturbine.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Reparatur des Frontrotors einer Flugzeugturbine.

Bereits kleine Beschädigungen oder die normale Abnutzung an Turbinenkomponenten verursachen hohe Kosten. Die Reparatur und Instandsetzung entsprechender Bauteile mit flexiblen Laserverfahren lohnen sich. Besonders mit dem Laserauftragschweißen lassen sich die hohen Werkstoff- und Genauigkeitsanforderungen erfüllen: Basierend auf 3D-Datenmodellen unbeschädigter Bauteile kann das Originalmaterial via Pulverzufuhrdüse mithilfe des Laserstrahls an Schadenstellen hochpräzise schichtweise aufgetragen werden. Das verschlissene oder unvollständige Volumen wird so konturnah wieder generiert. Durch den geringen Eintrag von Wärme in die Schweißzone bleibt das umgebende Material geschützt und der Verzug innerhalb enger Toleranzen. Die feine Gefügestruktur des aufgetragenen Materials erfüllt dabei hohe mechanische und tribologische Anforderungen. Die Vorgehensweise zur Instandsetzung nutzt das Fraunhofer ILT auch, um Bauteile generativ zu fertigen, beispielsweise Werkzeugeinsätze aus gradierten Werkstoffen.

Recycling mit Lasermesstechnologie

Berührungsloses Freilegen und Entlöten von Platinen-Bauelementen mittels Laserstrahlung in einem Recyclingprozess des »ADIR«-Projekts.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Berührungsloses Freilegen und Entlöten von Platinen-Bauelementen mittels Laserstrahlung in einem Recyclingprozess des »ADIR«-Projekts.

Vor dem Hintergrund des Zukunftsthemas »Urban Mining« und zunehmender Rohstoffknappheit wächst die Bedeutung einer effizienten Rückgewinnung seltener, strategisch bedeutender Wertstoffe. Wissenschaftler des Fraunhofer ILT entwickeln dazu Verfahren, mit denen sich physikalische und chemische Eigenschaften wertvoller Baugruppen und Elemente alter Elektronikgeräte identifizieren sowie gezielt entnehmen lassen.

Die berührungslose Erkennung der Inhaltsstoffe erfolgt durch einen gepulsten Laserstrahl, der zunächst lokal die oberen Schichten der Bauteile durchdringt. Anschließend wird das Material mit dem Verfahren der Laser-Emissionsspektroskopie (LIBS) analysiert. Hierbei regt der Laserstrahl das innenliegende Material zur optischen Emission an, die spektroskopisch analysiert wird. Gezielte Anregung und Detektion einzelner Bauteile oder ganzer Bauteilgruppen in Rastermessungen sind schnell umsetzbar, sodass beispielsweise Platinen als Multi-Element-Landkarten ausgewertet werden können. Die entwickelte Technologie kann abgesehen von Recyclingprozessen auch für die Qualitätssicherung metallischer Bauteile oder für die Charakterisierung von Rohstoffen genutzt werden.

Projektergebnisse 2017 (Auswahl)

Projektergebnisse 2016 (Auswahl)

Hier finden Sie eine Auswahl laufender Verbundprojekte

»ADIR«

Next generation urban mining - Automated disassembly, separation and recovery of valuable materials from electronic equipment

»ALISE«

Diode-pumped Alexandrite Laser Instrument for Next Generation Satellite-based Earth Observation

»ComMUnion«

Net-shape joining technology to manufacture 3D multi-materials components based on metal alloys and thermoplastic composites

»EVEREST«

Entwicklung einer intelligenten Verfahrens- und Systemtechnik für das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen

»futureAM«

Next Generation Additive Manufacturing

»LextrA«

Laserbasierte additive Fertigung von Bauteilen für extreme Anforderungen aus innovativen intermetallischen Werkstoffen

»MERLIN«

Methane Remote Sensing LIDAR Mission

»PhotonFlex«

Entwicklung und Untersuchung innovativer Technologien für die Herstellung von organischen Solarzellen

»ProLMD«

Prozess- und Systemtechnik zur Hybrid-Fertigung großer Bauteile mit dem Laser Metal Deposition (LMD) Verfahren

»TriboLas-3D«

Verfahrensentwicklung zur laserbasierten Herstellung ortsselektiver tribologischer Schichtsysteme auf 3D-Oberflächen

Ansprechpartner für Projektanfragen

Dipl.-Ing. Hans-Dieter Hoffmann

»Laser und Laseroptik« 

 

Telefon +49 241 8906-206
-> E-Mail senden

Dr.-Ing. Arnold Gillner

»Abtragen und Fügen« 

 

Telefon +49 241 8906-148
-> E-Mail senden

 

Prof. Dr.-Ing. Johannes Henrich Schleifenbaum

»Generative Verfahren und funktionale Schichten« 

 

Telefon +49 241 8906-398
-> E-Mail senden

 

Prof. Dr. rer. nat. Reinhard Noll

»Messtechnik und EUV-Strahlquellen« 

 

Telefon +49 241 8906-138
-> E-Mail senden