Kleine Strukturen für große Werkzeuge

BMBF-Projekt FOLD gestartet: Mikrodraht-Auftragschweißen mit dem Laser als ressourcenschonende Alternative zum Abtragen.

Beschichtung von Rundmaterial durch Laser-Drahtauftragschweißen. Bild: Fraunhofer IWS

20.01.15

BMBF-Verbundprojekt FOLD

Technisch strukturierte Oberflächen finden sich in vielen Bereichen des täglichen Lebens wieder. Dabei nimmt der Nutzer oftmals die Komplexität dieser Strukturen nicht bewusst wahr. Geprägte Zellstofftücher sind ein Beispiel für solche Güter. Die Herstellung dieser Artikel erfordert spezielle Prägewalzen, welche absatzbedingt sehr große Abmessungen haben. Dennoch benötigen diese Prägewalzen fein strukturierte hochgenaue Oberflächen, welche klassisch durch ein laserbasiertes oder ätzendes Abtragen hergestellt werden.

Diese Strukturierungsverfahren sind zeit- und kostenintensiv sowie speziell beim chemischen Abtragen umwelt- und arbeitsschutzbedenklich. Das Verbundprojekt FOLD soll hierzu eine wirtschaftlichere und ökologischere Alternative aufzeigen und eine geschlossene Prozesskette bezüglich einer strukturgebenden, laserbasierten Bauteilfertigung im Mikrobereich erarbeiten.

Die Mikrostrukturen sollen dazu nicht abgetragen, sondern durch ein Feindraht-Laser-Auftragschweißverfahren mit anschließender Laser-Endbearbeitung aufgebaut werden. Dabei soll das innovative Verfahren zur Oberflächenstrukturierung so entwickelt werden, dass es unter anderem auch bei der Strukturierung von Stanz- und Prägewerkzeugen verwendet werden kann.

Durch eine gezielte Verknüpfung von Laser-Draht-Auftragschweißen und Laser-Endbearbeitung werden die Vorteile beider Verfahren kombiniert. Der Einsatz von Feindraht als Zusatzwerkstoff ermöglicht dabei eine optimale Materialausnutzung bei gleichzeitig hochpräzisem Strukturaufbau von mikrostrukturierten Oberflächen.

Diese Zielstellung erfordert eine ungewöhnlich hohe Oberflächengüte kleiner als RZ=50 µm bei gleichzeitig stabilen richtungs- und lageunabhängigem Materialauftrag. Dazu ist der Einsatz von sehr feinen Drähten kleiner als 200 µm unabdingbar. Dies stellt wiederum eine neue Dimension bei automatisierten, drahtbasierten Schweißprozessen dar.

Ein daraus abgeleitetes Teilziel des Vorhabens ist der Entwurf eines neuartigen Laser-Bearbeitungskopfes. Dieser wird zur Verarbeitung feinster Drähte sowie zur systematischen Qualifizierung der Technologie nach anspruchsvollen Qualitätskriterien konzipiert. Darauf aufbauend wird die prozess- und fertigungstechnische Verknüpfung des Auftragschweißens mit der Laser-Endbearbeitung unter Nutzung derselben Strahlquelle konzipiert.

Neben der Gewährleistung hoher Qualitätskriterien der hergestellten Bauteile werden eine Verkürzung der Prozesskette, eine Verringerung von Zeit, Investitions- und Betriebskosten des Gesamtherstellungsprozesses sowie die Erweiterung geometrischer Freiheitsgrade für potentielle Anwender erwartet. Folgerichtig sieht die finale Zielstellung des Projekts vor, eine anlagentechnische Gesamtlösung zur Mikro-Oberflächenstrukturierung zu realisieren.

Der FOLD-Verbund (Funktionales Oberflächenstrukturieren mittels Laser-Feindraht-Auftragschweißen) ist Anfang Dezember 2014 gestartet und wir vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über drei Jahre bis Ende November 2017 gefördert. Im Rahmen der Initiative „Die Basis der Photonik: funktionale Oberflächen und Schichten“ wird er mit rund 1,5 Millionen Euro gefördert. Projektpartner sind das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, die Karl H. Arnold Maschinenfabrik GmbH & Co. KG, die Dinse G.m.b.H. und die Saueressig GmbH + Co.KG.

Weitere Informationen


Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt FOLD (PDF)

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