Synchrotronstrahlung für bessere Laserprozesse

Forschende nutzen Synchrotronstrahlung, um industrielle Laserprozesse sichtbar zu machen – für effizientere Produktion, neue Materialien und kürzere Entwicklungszyklen.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT und des Lehrstuhls für Lasertechnik der RWTH Aachen wollen die Qualität von Laserprozessen wie Schweißen, Bohren und Schneiden nachhaltig verbessern. Dafür untersuchen sie am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg industrielle Laserprozesse mithilfe von Synchrotronstrahlung. Erstmals wird dabei die Entstehung von Dampfkapillaren, Schmelzebewegungen und Defekten hochauflösend und in Echtzeit visualisiert.

Innerhalb einer Woche führt das Forschungsteam bis zu 700 Versuchsreihen durch. Hochgeschwindigkeitskameras mit Raten von bis zu 50.000 Bildern pro Sekunde sowie spezielle optische Systeme ermöglichen eine Auflösung im Mikro- und Nanometerbereich. Erste Ergebnisse hätten gezeigt, dass sich durch gezielte Anpassung der Lasereinstellungen Spannungsrisse reduzieren, die Porenbildung verringern und die elektrische Leitfähigkeit erhöhen lasse, so Fraunhofer ILT.

Klassische und komplexe Verbindungen

Die Untersuchungen umfassen sowohl klassische Metallverbindungen als auch komplexe Materialkombinationen wie Kupfer-Aluminium oder Aluminium-Titan, die unter anderem in der Elektromobilität und Luftfahrt Anwendung finden. Auch das Laser-Pulverschweißen von Nickelbasis-Superlegierungen sowie die Verarbeitung ultradünner Kupferstrukturen für die Mikroelektronik werden analysiert.

Ein wesentlicher Bestandteil der Forschungsarbeit ist die Auswertung der umfangreichen Messdaten: Bis zu 50 TB entstehen pro Woche. Durch spezielle Softwarelösungen werden die Daten aufbereitet und in verwertbare Informationen überführt. Neben der Optimierung bestehender Prozesse sollen die Erkenntnisse neue Möglichkeiten für die Entwicklung maßgeschneiderter Materialien eröffnen. Unternehmen wie Audi, Bosch Research und Denso nutzen die Ergebnisse bereits zur Effizienzsteigerung und Verkürzung von Entwicklungszyklen.