31. Januar 2024 | Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) arbeitet daran, die Metallverarbeitung durch sauerstofffreie Produktionsmethoden grundlegend zu verbessern. Diese sauerstofffreien Techniken für Löten und 3D-Druck könnten das Problem der Oxidation effektiv lösen.
In metallverarbeitenden Verfahren führt der Kontakt mit Sauerstoff zur Bildung von Oxidschichten, die die Qualität und Lebensdauer von Metallprodukten beeinträchtigen können. Das Team des LZH hat einen Ansatz gefunden, um diesen Problemen zu begegnen.
Durch die Zugabe von Silan zu Argon-Schutzgas wird eine extrem sauerstoffarme Atmosphäre erzeugt. Dieses Verfahren schafft Bedingungen ähnlich eines hohen Vakuums, ist jedoch wirtschaftlich effizienter. Am LZH erforschen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen diesen Ansatz für das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen und für das Laserstrahlhartlöten.
Neuartiger Lötprozess
Die Gruppe Fügen und Trennen von Metallen hat in einem Teilprojekt einen neuartigen Lötprozess entwickelt, der ohne den Einsatz von zum Teil umwelt- und gesundheitsschädlichen Flussmitteln auskommt. Flussmittel werden üblicherweise genutzt, um die Oxidschicht auf der Materialoberfläche aufzubrechen und so zu ermöglichen, dass Metall und Lot zusammen reagieren. In dem neu entwickelten Prozess kommt stattdessen eine ns-gepulste Laserstrahlquelle zum Einsatz. Anschließend erfolgt der Lötprozess mit cw-Laserstrahlung unter Silan-Atmosphäre, um eine erneute Oxidation zu verhindern.
Wie die Forscher zeigen, ist es möglich, unter sauerstofffreier Atmosphäre die Oxidschicht auf Aluminiumlegierungen dauerhaft zu entfernen.
Im SFB 1368 untersucht das LZH das Laserstrahllöten in sauerstofffreier Atmosphäre
Einfluss des Sauerstoffs auf die additive Fertigung
Die Gruppe Additive Fertigung – Metalle erforscht, wie sich Metallpulver beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen in sauerstofffreier Atmosphäre verarbeiten lassen. Auf einer eigens dafür entwickelten Anlage für das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen von Metallen (PBF-LB/M-Verfahren) wurde hierzu der Prozess anhand der Titanlegierung Ti-6Al-4V entwickelt und mit Hochgeschwindigkeitskameras überwacht.
Ziel des Teilprojektes ist es, ein grundlegendes Verständnis für den Prozess unter sauerstofffreier Atmosphäre und den Einfluss des Sauerstoffs zu erlangen. Die Ergebnisse zeigen, dass Spritzer sich nicht nur in ihrer Anzahl verringern, sondern auch weniger stark oxidieren. Das vermindert die Degradierung des Pulvers. Für eine weitere Verbesserung des Prozesses und der Bauteilqualität ist es wichtig, auch die Feuchtigkeit in Atmosphäre und Pulver zu eliminieren. Das soll in Förderperiode 2 eingehend untersucht werden.
Über den SFB 1368
Im Sonderforschungsbereich 1368 „Sauerstofffreie Produktion – Prozesse und Wirkzonen in sauerstofffreier Atmosphäre zur Entwicklung zukunftsfähiger Produktionstechniken und Fertigungsverfahren“ sind neben dem LZH acht Institute der Leibniz Universität Hannover, vier Institute der Technischen Universität Clausthal sowie der Lehrstuhl Datenmanagement im Maschinenbau der Universität Paderborn beteiligt. Der SFB wird von der DFG gefördert. Die zweite Förderperiode wird mit rund 10,5 Millionen Euro bis Ende 2027 gefördert.