ProCaV

Produktive und schädigungsarme Laserbearbeitung von Carbonfaser-Verbundwerkstoffen (ProCaV)

Ultrakurz und hochpräzise – die neue Dimension der Lasermaterialbearbeitung

Ultrakurze Laserpulse mit Dauern von einigen Femtosekunden (1 fs = 10−15 s) bis hin zu wenigen Pikosekunden (1 ps = 10−12 s) erlauben völlig neue Bearbeitungsverfahren, die mit konventionellen Werkzeugen so nicht möglich sind. Im medizinischen Bereich eröffnen sie gänzlich neue Therapiemöglichkeiten, beispielsweise durch hochpräzise und schädigungsarme Schnitte im Auge. Wesentliches Merkmal dieser Laserblitze sind extrem hohe Spitzenintensitäten, die auf Grund der starken zeitlichen Kompression bereits mit sehr geringen Pulsenergien erreicht werden können. Dies ermöglicht einen hochpräzisen Materialabtrag ebenso wie die Bearbeitung temperatursensibler Materialien ohne thermische Schädigung. In der Photovoltaikfertigung führt diese hochpräzise Bearbeitung zu effizienteren Solarzellen, bei Herstellung von LEDs oder Computerchips steigt die Ausbeute pro Wafer und bei einem der weltweit häufigsten chirurgischen Eingriffe, der Therapie des grauen Stars, werden wesentlich effizientere und kostengünstigere Verfahren möglich. Neue Therapiemöglichkeiten der Altersweitsichtigkeit machen der Lesebrille ernsthafte Konkurrenz. Die führende Rolle deutscher Unternehmen auf diesem Gebiet gilt es zu nutzen, um die für die vollständige Erschließung des Potenzials ultrakurzer Laserpulse wichtigen nächsten Schritte zu tun. Dazu gehören neben innovativen kostengünstigen und leistungsfähigen Strahlquellenkonzepten vor allem auch leistungsfeste, langlebige Komponenten und eine hochdynamische Strahlführung und –formung. Den Herausforderungen des Wettbewerbs stellen sich die Partner der Förderinitiative „Ultrakurzpulslaser für die hochpräzise Bearbeitung“, für die das BMBF in zehn Verbundprojekten etwa 20 Millionen Euro bereitstellt.

Neue Werkzeuge für die Leichtbau-Materialien der Zukunft

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gehören auf Grund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu den Zukunfts-Materialien, insbesondere wenn es um Leichtgewichtskonstruktionen geht. In der Fahr- und Flugzeugindustrie wird CFK bereits vereinzelt eingesetzt. Zunehmend werden auch Potentiale im Energiesektor - etwa bei gewichts- und steifigkeitsoptimierten Rotoren für Windkraftanlagen - und im Maschinen- und Anlagenbau erschlossen. Aufgrund der hohen Kosten konnte sich dieser Werkstoff jedoch bisher nicht in großer Breite etablieren. Hierfür sind auch die heutigen Bearbeitungsverfahren verantwortlich, bei denen sich Effizienz, geringe Kosten und hohe Qualität gegenseitig ausschließen. Der Grund dafür liegt vor allem im Aufbau der CFK-Materialien begründet: Die hochfesten Carbonfasern werden in einem solchen Bauteil eingebettet in vergleichsweise weiche Kunststoffe. Während die Carbonfasern vor allem zu einem schnellen Verschleiß von mechanischen Bearbeitungswerkzeugen führen, reagiert der Kunststoff empfindlich auf zu hohe Temperaturen, die bei der mechanischen Bearbeitung wie Sägen oder Bohren entstehen können. Neben der Bearbeitung fehlt es heute auch noch an geeigneten Verfahren, um CFK- Bauteile untereinander und mit anderen Materialien kostengünstig zu verbinden.

Egal, ob auf der Straße, der Schiene, zu Wasser oder in der Luft – leichtere Fortbewe- gungsmittel führen direkt auch zu einer effizienteren Energienutzung. Gleichzeitig ist die sichere Beherrschung der wirtschaftlichen Bearbeitung von CFK-Materialien eine wichtige Voraussetzung für die Sicherung und den Ausbau der starken Wettbewerbsposition deutscher Maschinen- und Anlagenbauer.

Projektdetails

Koordinator

Dr.-Ing.Thomas Rettich
TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
Johann-Maus-Str. 2, 71254Ditzingen
+49 7156 303-35171

Projektvolumen

3,3 Mio € (ca. 54 % Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.12.2011 - 30.11.2014

Projektpartner

TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbHDitzingen
GFH GmbHDeggendorf
Porsche Engineering Group GmbH - Entwicklungszentrum WeissachWeissach
AUDI Aktiengesellschaft - Technologieentwicklung Fügetechnik LeichtbauNeckarsulm
Daimler AG - PWT/VFT - HPC F150Sindelfingen
Universität Stuttgart - Fakultät 7 Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik (Maschinenbau) - Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW)Stuttgart
Universität Stuttgart - Fakultät 6 Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie - Institut für Flugzeugbau (IFB)Stuttgart