Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) steht im Mittelpunkt der Forschung zu einer innovativen Methode in der metallverarbeitenden Industrie: der Produktion unter Ausschluss von Sauerstoff. Das berichtet das LZH auf seiner Website. Diese Technologie verspricht, die Herausforderungen der Oxidation bei der Verarbeitung von Metallen, insbesondere beim Löten und 3D-Drucken, zu überwinden.
Der Feind der Metallverarbeitung: Oxidation
In der Metallverarbeitung führt Sauerstoff häufig zur Bildung von Oxidschichten auf Metallen. Diese Schichten können das Fügen von Werkstücken erschweren und den Verschleiß von Bauteilen und Werkzeugen beschleunigen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, hat das LZH im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1368 „Sauerstofffreie Produktion“ eine bahnbrechende Methode entwickelt. Durch die Zuführung eines Argon-Schutzgases, angereichert mit einem kleinen Anteil Silan, wird eine Atmosphäre erzeugt, die so sauerstoffarm ist wie in einem extrem hohen Vakuum. Dieser Ansatz ermöglicht eine signifikante Reduktion von Oxidationsprozessen und ist zudem wirtschaftlicher als die Erzeugung eines technischen Vakuums.
Innovation im Lötprozess
Ein besonderer Fokus liegt auf dem Lötprozess. Die Forschungsgruppe „Fügen und Trennen von Metallen“ hat einen Lötprozess ohne Flussmittel entwickelt, der die Oxidschicht mit einer Nanosekunden-gepulsten Laserstrahlquelle aufbricht. Der anschließende Lötvorgang unter Silan-Atmosphäre verhindert eine erneute Oxidation. Dieses Verfahren ermöglicht eine dauerhafte Entfernung der Oxidschicht auf Aluminiumlegierungen und verbessert somit die Verbindungseigenschaften zwischen Metall und Lot.
Additive Fertigung ohne Sauerstoff
Parallel dazu untersucht die Gruppe „Additive Fertigung – Metalle“ das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen in einer sauerstofffreien Umgebung. Durch die Anpassung des Prozesses an die Titanlegierung Ti-6Al-4V konnten die Forscher einen stabileren Fertigungsprozess mit weniger Spritzern und verbesserten Bauteileigenschaften erreichen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine sauerstoffarme Atmosphäre die Qualität der 3D-gedruckten Metallteile signifikant steigern kann.
Zukunftspläne und Ausblick
Das LZH plant, diese Forschung in der nächsten Förderperiode weiter auszubauen, mit einem besonderen Augenmerk auf die Eliminierung von Feuchtigkeit, um die Prozess- und Bauteilqualität weiter zu verbessern. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten weitreichende Implikationen für die metallverarbeitende Industrie haben, insbesondere in Bereichen, in denen die Präzision und Langlebigkeit von Bauteilen von entscheidender Bedeutung sind.
