Das Fraunhofer IWS untersucht im Rahmen des „ShapeAM“-Projekts die Arbeit mit dem Coherent Beam Combining-Verfahren. Dabei erzeugt ein 13-Kilowatt-Laser im Betrieb schnell unterschiedliche Energieverteilungsmuster. Die ausführlichen Tests sollen mögliche Anwendungsbereiche evaluieren, zu denen auch die additive Fertigung zählt.

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Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (Fraunhofer IWS) und der israelische Laserhersteller Civan Lasers sowie A. Kotliar Laser Welding Solutions, Haifa untersuchen gemeinsam die Strahlformung im Rahmen des Netzwerkprojekts „ShapeAM“. Das erklärt das Fraunhofer IWS in einer Pressemitteilung.

Details zum Coherent Beam Combining (CBC)

Das Coherent Beam Combining (CBC), bei dem ein 13-Kilowatt-Laser im Betrieb schnell unterschiedliche Energieverteilungsmuster erzeugt, bildet die Grundlage der Forschung. Das junge Verfahren kann anspruchsvolle Hightech-Materialien hocheffizient bearbeiten. Die Forscher des Fraunhofer IWS die Lasertechnologie bald Unternehmen weltweit zur Verfügung stellen.

Andreas Wetzig, Leiter des Fachgebiets Trenn- und Fügetechnik am Fraunhofer IWS geht davon aus, dass dieser Laser die Grenzen der Materialbearbeitung verschieben wird. Ein Dynamic Beam Laser von Civan Lasers kombiniert Dutzende Einzelstrahlen zu einem leistungsstarken hochwertigen Strahl beim CBC. Dank kleiner Phasenverschiebungen der Wellentäler und -peaks in den Teilstrahlen kann der Laser im resultierenden Bearbeitungslaserstrahl schnell völlig unterschiedliche Energieverteilungsmuster erzeugen.

Ein klassischer Laser setzt die meiste Energie im Zentrum des Strahls frei. Civans System kann Energiemuster auf Werkstücken auftragen, etwa in Form eines Rings, einer Acht oder eines Hufeisens. Mit schnellen Schwingspiegeln und strahlumlenkenden Optiken war das schon früher möglich, doch selbst die schnellsten Schwingspiegel benötigten einige Millisekunden, um die Energiemuster im Strahl neu auszurichten. Mit dem Dynamic Beam Laser gelingt dies in wenigen Mikrosekunden, was eine dynamische Strahlformung für Metall-3D-Druck möglich macht.

Tests des CIVAN-Systems

Forscher testeten das CIVAN-System, um verbesserte Materialeigenschaften zu erhalten. Es ging dabei um die additive Fertigung von Titan– und Aluminiumlegierungen, wie sie für Raumfahrtkomponenten, Implantate und Leichtbaukomponenten eingesetzt werden. Fehler sollen durch dynamische Strahlformung beseitigt werden und so zu hochwertigen Teileergebnissen führen. Am Fraunhofer Institut in Dresden werden die Grenzen des Dynamic Beam Lasers ermittelt, mit Grundversuchen mit verschiedenen Strahlprofilen, Materialien und Verfahren. Daraufhin soll die Evaluierung konkreter Anwendungen erfolgen.

Der neue Laser soll in vielen Additive Manufacturing- und Fügeprozessen schneller und präzise Kontrolle der Schmelzbaddynamik ermöglichen, sowohl flächig als auch in der Tiefe. Das Laserschneiden durch gratfreie Schnitte mit hoher Kantenqualität bei doppelter Arbeitsgeschwindigkeit soll ebenso möglich sein. Am 14. September 2021 stellt das Fraunhofer IWS den Dynamic Beam Laser in einem Webinar vor. Anschließend kann der Einsatz des CBC-Faserlasers für eigene Anwendungen am Fraunhofer IWS getestet werden. Auf der kombinierten Online-Veranstaltung Laser Symposium/ISAM 2021 in Dresden vom 7. bis 9. Dezember 2021 werden erste Ergebnisse vorgestellt.

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