Filme und Audiodaten des Fraunhofer ILT

Berthold Leibinger
Innovationspreis 2018

Das EHLA-Team des Fraunhofer ILT wurde am 21.9.2018 in Ditzingen mit dem 1. Preis geehrt.

AKL – International Laser Technology Congress

Fraunhofer ILT / Cluster Photonik / Zentren

Berthold Leibinger Innovationspreis 2018
für das EHLA-Team

Anlässlich der feierlichen Preisverleihung des Berthold Leibinger Innovationspreises am 21. September 2018 hat die Berthold Leibinger Stiftung in einem Imagefilm die Wissenschaftler Dr. Andres Gasser, Thomas Schopphoven und Gerhard Maria Backes portraitiert und das Verfahren zum Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA vorgestellt.

Licht wird zu Musik mit der Laserharfe (Radiomitschnitt Antenne AC)

Zur Vorbereitung auf die Vorführung beim Event »Der Dom leuchtet« am 28. September 2018 auf dem Aachener Katschhof machten Jan Maetschke (RWTH Aachen University) und Jonas Rachner (Lehrstuhls für Technologie Optischer Systeme TOS, RWTH Aachen University) einen Soundcheck mit der Laserharfe, die sie gemeinsam mit Nicole Grubert vom Fraunhofer ILT und Studierenden des Lehrstuhls für Technologie Optischer Systeme TOS konstruiert haben. Per Hand lassen sich aufgefächerte Laserstrahlen des elektronischen Instruments unterbrechen, wodurch programmierte Klänge hörbar werden – z. B. Akkorde einer E-Gitarre oder ganze Orchesterklänge.

Redakteurin Ellen Kopatz von Antenne AC interviewte das Laserharfen-Team und testete das Instrument selbst - nachzuhören in den Antenne-AC-Radiomitschnitten vom 20.9.2018.

Das »Aachen Centre for Integrative Lightweight Production« – gebündelte Kompetenz für die Leichtbau-Produktion

Gemeinsam mit seinen Partnern aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen der Leichtbauproduktion bündelt das AZL (750 Wissenschaftler, 1.100 studentische Hilfskräfte) auf dem RWTH Aachen Campus  das notwendige Know-how zur Entwicklung der Leichtbauproduktion von morgen. Das Wissen des Instituts deckt die Bereiche Textil (ITA), Kunststoff und Verbundwerkstoffe (IKV) Produktionstechnologie (WZL, ISF, Fraunhofer IPT und Fraunhofer ILT), Qualitätssicherung und in die Produktion integrierte Messverfahren (WZL), Leichtbau-Design (SLA) und Automobilproduktion (IKA) ab.

Prof. Berthold Leibinger erhält den Aachener Ingenieurpreis

Der erste Aachener Ingenieurpreis wurde von der Stadt Aachen und der RWTH Aachen University am Freitag, dem 5. September 2014, im Rahmen einer festlichen Abendveranstaltung im Ballsaal des Alten Kurhauses Aachen verliehen.

Marcel Philipp, Oberbürgermeister der Stadt Aachen, Prof. Ernst Schmachtenberg, Rektor der RWTH Aachen University und Svenja Schulze, Ministerin für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen, stellen den Aachener Ingenieurpreis vor. Die Laudatio auf den Preisträger Prof. Berthold Leibinger hält Prof. Reinhart Poprawe, Leiter des Lehrstuhls für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen University und Leiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Pressemitteilung der RWTH Aachen University zum Aachener Ingenieurpreis Quelle: RWTH Aachen University.

Abtragen und Fügen

Funktionsprinzip der ILT Wendelbohroptik

Mit der Wendelbohroptik können Präzisionsbohrungen mit Durchmessern von wenigen µm bis zu 300 µm in bis zu 3 mm dicken metallischen und nichtmetallischen Materialen erzielt werden. Die Konizität der Mikrobohrungen ist einstellbar für diverse Anwendungen wie beispielsweise Mikrofilter. Weiterhin ist mikrorissfreies Präzisionsschneiden von Saphir und chemisch gehärtetem Glas möglich. Die Kombination der Wendelbohroptik mit einer ultrakurzgepulsten Laserstrahlquelle ermöglicht einen nahezu materialunabhängigen Einsatz des Systems.
 

Funktionsprinzip zum präzisen Wendelschneiden

Das präzise Trennen von dielektrischen Werkstoffen wie Glas, Keramik, Saphir etc. stellt die Fertigungstechnik wegen den z. T. extremen Werkstoffeigenschaften vor besondere Herausforderungen. Dabei ist die Schnittkantenqualität (Riefentiefe, Rechtwinkligkeit und Gratbildung) kritisch für die Funktion präziser mechanischer Bauteile. Mittels Wendelschneiden, insbesondere mit ultrakurzgepulsten Strahlquellen im Femtosekunden- und Pikosekundenbereich, können diese Werkstoffe flexibel und mit hoher Qualität bearbeitet werden. Dabei wird die Laserstrahlung in eine kreisförmige Oszillation versetzt und übernimmt damit nicht nur den Schneidprozess sondern auch eine verdampfungsbasierte Nacharbeit der Schnittkante. Mit der auf einem rotierenden Dove-Prisma basierten Wendelbohroptik und einem frequenzverdoppelten ps-Laser werden Präzisionsschnitte in unterschiedlich dickem Keramik, Silizium und Saphir erzeugt.

Laserstrahl-Bohren einer Schubdüse

In die Primärdüse eines Strahltriebwerks sollen ca. 74.000 Bohrungen mit einem Durchmesser von je 1,5 mm mittels Laserstrahlung eingebracht werden. Dazu wird das Bohrverfahren Trepanieren verwendet. Die Düse hat einen Durchmesser von ca. 900 mm sowie eine Länge von ca. 350 mm. Die Bohrungen sollen in 2048 Reihen mit je 36 Bohrungen um den Umfang der Düse verteilt gefertigt werden. Der Werkstoff mit einer Materialstärke von 1,5 mm besteht aus der Titanlegierung Ti 6-2-4-2.

Verfahren zum Laserstrahl-Bohren

Bohrungen mit Durchmessern von ca. 1 μm bis zu mehreren Millimetern werden in Abhängigkeit von der Bauteildicke sowie der geforderten Qualität (Präzision) und Produktivität (Bohrdauer) mittels Einzelpulsbohren, Perkussionsbohren, Trepanieren oder Wendelbohren in das Werkstück eingebracht. Das Einzelpulsbohren kann »on-the-fly« erfolgen, so dass bis zu 300 Bohrungen pro Sekunde mit einem Durchmesser von beispielsweise 60 μm in 1 mm Blechstärke erreicht werden. Größere Bohrungstiefen können mittels Perkussionsbohren erzielt werden. Bei Bohrungsdurchmessern größer ca. 300 μm wird das Trepanieren eingesetzt, bei dem eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Laserstrahlung erfolgt. Bohrungen mit großer Präzision bzgl. Geometrie sowie hoher metallurgischer Qualität werden mittels Wendelbohren erzielt.

Technologiedemonstrator Kunststoffbearbeitung

Anhand des Demonstrators können die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Lasertechnik bei der Bearbeitung von Kunststoffen aufgezeigt werden:

  • Schneiden von PMMA in verschiedenen Materialstärken (0.3, 1 & 2 mm) mit CO2-Laser
  • Abtrag von PMMA in Form von Mikrofluidikstrukturen mit CO2-Laser
  • Absorberfreies Laserdurchstrahlschweißen von PMMA mit Diodenlaserstrahlung (λ=1660 nm)
  • Lasermikrostrukturierung von Edelstahl (1.4301) mit Faserlaserstrahlung (λ=1064 nm)
  • Fügen einer Kunststoff-Metall-Hybridverbindung mit Diodenlaserstrahlung (λ=940 nm)

Alle laserbasierten Verfahren zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität, eine örtlich und zeitlich präzise einstellbare Energiedeposition und eine hohe Automatisierbarkeit aus.

Schneiden von thermoplastischen Composites

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK), deren Einsatz auf Grund des großen Leichtbaupotentials immer größere Verbreitung findet, erzeugen bei der mechanischen Bearbeitung durch Fräsen oder Bohren einen hohen Werkzeugverschleiß, der mit berührungslosem Laserschneiden vermieden wird. Das geschnittene 1mm starke Composite-Material besteht aus Polypropylen, welches zudem mittels Glasfasergewebe verstärkt ist.

 

Quasisimultane Bestrahlung beim Laserdurchstrahlschweißen absorberfreier Kunststoffe

Die Herausforderung beim Laserdurchstrahlschweißen zwei optisch gleicher Kunststoffteile besteht in der selektiven Erwärmung des Fügebereichs, um Bauteilverzug und Verbrennungen auf der bestrahlten Oberfläche zu vermeiden. Dazu wird in der Regel eine stark fokussierende Festoptik verwendet, die jedoch trägheitsbedingt nur bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit konturtreu über das Bauteil geführt werden kann. Eine höhere Dynamik bieten Scanner, mit denen sich der Strahl jedoch nicht ausreichend stark fokussieren lässt. Diese Einschränkung kann überwunden werden, indem die Schweißkontur quasisimultan bestrahlt und so durch Wärmeakkumulation eine selektive Erwärmung des Fügebereichs erreicht wird.

Strukturierung von Aluminium mit einem Hybrid-Polygonscanner 

Das Video zeigt die Strukturierung eines Aluminium-Profils (Breite 50mm) mit einem Hybrid-Polygonscanner bei einer Laserleistung von 2 kW und einer Scangeschwindigkeit von 25 m/s. Die Laserbearbeitung ermöglicht dabei eine Erhöhung der Haftfestigkeit von Kunststoff-Metall-Verbindungen.

Das Polygonscanner-Strahlablenkungssystem wurde im Rahmen des Projekts »ComMUnion« entwickelt, das durch die Europäische Kommission gefördert wird.

Laserablation einer beliebigen Geometrie auf ZERODUR®

Mit gepulster CO2-Laserstrahlung (Q-Switch) lässt sich ZERODUR®, ein glaskeramischer Werkstoff, präzise bearbeiten. Der Materialabtrag im gezeigten Beispiel wurde mit folgenden Parametern realisiert:

  • Repetitionsrate ≤ 150 kHz
  • Pulsspitzenleistung etwa 20 kW
  • Pulsdauer etwa 300 ns

Das Laserabtragen und Laserpolieren von Gläsern bietet flexible und kostengünstige Alternativen zu konventionellen Fertigungsverfahren. Laserbasierte Abtragprozesse können sowohl zur Formgebung als auch zur Formkorrekturpolitur (Laser Beam Figuring) genutzt werden.

Durchmesser der bearbeiteten Geometrie: 50 mm

Laserablation einer beliebigen Geometrie auf Quarzglas

Die Bearbeitung von Glas mittels CO2-Laserstrahlung beruht auf der Absorption der Laserstrahlung in einer dünnen Randschicht des Werkstücks, sodass oberflächennah Temperaturen bis zur Verdampfungstemperatur erreicht werden. Wird das Quarzglas durch die Wechselwirkung mit der Laserstrahlung lokal über die Verdampfungstemperatur aufgeheizt, so kann Material abgetragen werden. Für den im Video gezeigten Laserprozess wurde gepulste CO2-Laserstrahlung (Q-Switch) mit diesen Parametern genutzt:

 

  • Repetitionsrate ≤ 150 kHz
  • Pulsspitzenleistung etwa 20 kW
  • Pulsdauer etwa 300 ns
  • 0,1 bis 50 µm Ablationstiefe pro Layer
  • 1 bis 3 mm3/s Ablationsrate

Probengröße: 20 mm x 20 mm x 5 mm

Laserablation eines Linsen-Arrays auf Quarzglas

Mit dem im Video gezeigten Laserprozess wurde eine Anordnung von definierten Linsen-Geometrien in Quarzglas erzeugt. Das Material wurde mit gepulster CO2-Laserstrahlung (Q-Switch) und diesen Parametern abgetragen:

  • Repetitionsrate ≤ 150 kHz
  • Pulsspitzenleistung etwa 20 kW
  • Pulsdauer etwa 300 ns
  • 0,1 bis 50 µm Ablationstiefe pro Layer
  • 1 bis 3 mm3/s Ablationsrate

Bei Glas bietet der Laserabtrag den Vorteil einer kontaktlosen Bearbeitung. Hohe Kosten für Schleifwerkzeuge werden daher durch ein nahezu verschleißfreies Werkzeug beim Laserabtrag vermieden. Durch den lokalen Abtrag können neben Freiformflächen auch steile Flanken zur Rückseitenstrukturierung von Optiken beispielsweise zur Gewichtsreduzierung generiert werden.

Probengröße: 90 mm x 90 mm x 4 mm

EuroBLECH 2012 Web TV - Lasertechnik

Additive Fertigung

Korrosionsschutz: Bauteile beschichten mit Laserauftragschweißen

Bauteile werden per Hartverchromen, thermischem Spritzen oder Laserauftragschweißen vor Korrosion und Verschleiß bewahrt. Allerdings bergen all diese Verfahren Nachteile – so ist beispielsweise die Beschichtung mit Chrom(VI) seit September 2017 nur noch nach Autorisierung erlaubt. Das extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT und der RWTH Aachen University ist frei von diesen Nachteilen und kommt ohne das umweltschädigende Chrom(VI) aus. Mit EHLA lassen sich Bauteile besonders wirtschaftlich und umweltfreundlich beschichten, reparieren oder additiv fertigen.

Dr. Andres Gasser und Thomas Schopphoven vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen und Gerhard Backes vom Lehrstuhl für Digital Additive Production der RWTH Aachen University erhielten für die Entwicklung des EHLA-Verfahrens den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2017.

Hybrid-Additive Fertigung mit Laserauftragschweißen

Durch die hybrid-additive Fertigung mit Laserauftragschweißen können die Vorteile konventioneller Prozessketten sowie der additiven Fertigung vereint werden. Dabei bezieht sich die hybrid-additive Fertigung in dieser Anwendung auf den additiven Aufbau lokaler Features auf konventionell gefertigte Rohteile. Dies ermöglicht eine effiziente und anforderungsorientierte Individualisierung zu vergleichsweise geringen Kosten. Das Video zeigt eine solche lokale Verstärkung durch Laserauftragschweißen am Beispiel einer gegossenen Fahrwerkskomponente aus dem Automobilbau.

Laserauftragschweißen

In dieser Demonstration wird durch Laserauftragschweißen (LA), auch bekannt als Laser Material Deposition (LMD), ein dreidimensionales Bauteil ohne Stützstrukturen additiv hergestellt.

Das Programm für die Roboteranlage am Fraunhofer ILT wird dabei Offline erstellt.

Als Zusatzwerkstoff wird die Nickelbasis-Superlegierung Inconel 625 eingesetzt, welche häufig im Turbinen- und Chemiesektor Anwendung findet. Es kommt eine kontinuierliche koaxiale Pulverdüse des Fraunhofer ILT zum Einsatz.

Die gesamte Prozesszeit beträgt 23 Minuten.

Neues CAM-System für effizientes Laserauftragschweißen

Am Fraunhofer‐Institut für Lasertechnik ILT ist ein offline Programmiersystem für das Laserauftragschweißen entwickelt worden. Das Programm LMDCAM2 versetzt Prozessentwickler und Anwender in die Lage, auch für komplexe Schweißaufgaben mit nicht Standard‐Schweißstrategien auf Basis von digitalisierten Modellen bzw. CAD Daten zeitnah Werkzeugbahnen zu erzeugen. Für die Mehrachsbearbeitung stellt die Software dem Nutzer ein Simulationstool zur Verfügung. Auf Basis eines hinterlegten Maschinenmodells kann die Bewegung der gesamten Maschine visualisiert und überprüft werden. Dabei werden sowohl kartesische Kinematiken als auch Roboter unterstützt.

Innovationspreis des Landes Nordrhein-Westfalen 2011 für Prof. Poprawe und sein Team

Am 14. November 2011 wurde Prof. Poprawe und sein Team, bestehend aus den Herren Dr. Andres Gasser, Akad. Oberrat Dr. Ingomar Kelbassa, Dr. Wilhelm Meiners und Dr. Konrad Wissenbach mit dem Innovations­preis des Landes Nordrhein-Westfalen geehrt. Der mit 100.000 Euro dotierte Preis wurde durch Svenja Schulze, Ministerin für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen, im K21 Ständehaus, Kunstsammlung Nordrhein-Westfalen in Düsseldorf, verliehen.

Die Gruppe des Fraunhofer ILT treibt seit über 20 Jahren die Generativen Fertigungsverfahren, die für eine energie- und ressourceneffiziente Produktion stehen, voran. In diesem Bereich haben die Laserexperten für verschiedene Werkstoffe und verschiedene Anwendungen Laserverfahren systematisch weiterentwickelt und zur industriellen Reife geführt.

Abendveranstaltung Innovationspreis des Landes Nordrhein-Westfalen 2011 für Prof. Poprawe und sein Team

Medizintechnik

AnaLighter - Light Controlled µFACS for Personalized Diagnostics

Im Blut zirkulierende Zellen sowie Biomoleküle sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse einen Schlüssel für hochwirksame, individuelle Therapiekonzepte darstellt. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT den AnaLighter, einen Mikrochip-basierten Sorter entwickelt. Mit Licht werden klinisch relevante Zellen in einer Blutprobe nachgewiesen und für weitere Untersuchungen schonend isoliert.

Laser in der Medizintechnik: SLM-gefertigte Implantate

Wenn Hüftgelenke verschlissen sind und Schmerzen verursachen, können orthopädische Chirurgen mit künstlichen Standard-Implantaten helfen. Oft ist aber die Struktur der Beckenknochen geschädigt. In diesem Fall bietet eine Operation mit einem individuell angefertigten Implantat Aussicht auf Erfolg. Mit dem vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen entwickelten Selective Laser Melting Verfahren werden solche individuellen Implantate passgenau hergestellt. Damit können Chirurgen auch den Patienten helfen, für die bisher nur geringe Heilungschancen bestanden.

 

3D-Laserdruckverfahren in der Medizintechnik

Auf der CompaMed vom 12.-14. November 2014 in Düsseldorf zeigten Experten des Fraunhofer ILT verschiedene Laserdruckverfahren, die auch in der Medizintechnik angewendet werden, beispielsweise für Implantate oder Biomaterialien.

Quelle: CompaMed.

Generative Herstellung von Implantaten mit dem Selective Laser Melting Prozess

Implantate, die sich den Bedürfnissen des Patienten anpassen - und nicht umgekehrt. Diesem Wunsch von Medizinern und Patienten kann nun nachgekommen werden. Das am Fraunhofer ILT entwickelte Selective Laser Melting Verfahren macht es möglich, aus Titanpulver maßgeschneiderte tragende Implantate sowie aus einem Kompositpulver bioresorbierbare nicht-tragende Implantate zu fertigen. Und das in wenigen Stunden. Seit 2008 wird in Deutschland  wöchentlich eine Hüftpfanne aus Titan mit überdurchschnittlicher Haltbarkeit eingesetzt.

Strahlquellenentwicklung

Leistungsschub für Microchips

Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2012. Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT Aachen, für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden und für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF Jena erhielten am 8. Mai 2012 im Rahmen der Fraunhofer-Jahrestagung in Stuttgart den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2012. Geehrt wurden sie mit ihren Teams für die Entwicklung wesentlicher Elemente für die EUV-Lithografie.

Ultrakurze Laserpulse für Industrie und Wissenschaft

Stifterverbandspreis 2012. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT erhielt gemeinsam mit mehreren Verbundpartnern aus Wissenschaft und Wirtschaft den Wissenschaftspreis des Stifterverbandes 2012. Dieser Preis wurde am 8. Mai 2012 im Rahmen der Fraunhofer-Jahrestagung in Stuttgart für die hervorragende standort- und themenübergreifende Zusammenarbeit zum Thema Laserplattform zur Skalierung der Leistung ultrakurzer Laserpulse verliehen.