Leichtbau in der Serie optimeren

Prozessüberwachung für die schnelle Laserbearbeitung von CFK

Für die Lasermaterialbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen fehlt es derzeit noch an angepassten Methoden zur Prozesskontrolle. Daher arbeiten Wissenschaftler am Laser Zentrum Hannover zusammen mit den Unternehmen Sensortherm und Newson an einem neuartigen Doppelscannerkopf. Er entkoppelt den Strahlengang des Bearbeitungslasers von der Temperaturmessung. Das soll räumlich flexible und zeitlich hochauflösende Messungen während der Faserverbundbearbeitung ermöglichen.

Mit der neuen Messmethode sollen sich bald thermisch kritische Bereiche in der Bearbeitungsgeometrie genau überwachen lassen.

Mit dem kombinierten Scannerkopf soll erstmalig die Temperatur beliebiger Punkte innerhalb und außerhalb der Laser-Interaktionszone während der laufenden Bearbeitung gemessen werden können. Dazu entkoppeln die Projektpartner den Strahlengang des Lasers von dem des Hochgeschwindigkeitspyrometers. Bei diesem Prozess wird der Messstrahl des Pyrometers über eigene Spiegel gelenkt. Diese sind auf die Detektionswellenlänge des Pyrometers abgestimmt.

Die exakte Online-Temperaturmessung zielt auf die Laserbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK). Mit dem Doppelscannerkopf und der entsprechenden Messmethode sollen thermisch kritische Bereiche in der Bearbeitungsgeometrie genau überwacht werden. Dieses Prinzip bildet die Grundlage, um aktiv in den laufenden Prozess einzugreifen und ihn zu optimieren.

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Während das LZH die zugehörigen Laserprozesse entwickelt und die Prozessregelungen für das Schweißen und Schneiden von Faserverbundwerkstoffen aufsetzt, entwickelt das belgische Unternehmen Newson den Doppelscannerkopf. An diesen Bearbeitungskopf passt der Projektpartner Sensortherm neuartige Hochgeschwindigkeitspyrometer für unterschiedliche Wellenlängenbereiche an. Außerdem werden diese Pyrometer für das Laserdurchstrahlschweißen sowie das Laserschneiden und -abtragen optimiert. Der Einsatz des Doppelscannerkopfes ist nicht auf die Laserbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen beschränkt, so dass beispielsweise Metall- oder Glaswerkstoffe ebenfalls bearbeitet werden können.

Das europäische Erasme-Projekt A'Quilaco (Online Qualitäts- und Prozesskontrolle zur Hochgeschwindigkeitslaserbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen) startete Anfang 2014 und läuft zwei Jahre. A´Quilaco wird in Deutschland vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), in Belgien vom IWT "Agentschap voor Innovatie door Wetenschap en Technologie" gefördert.

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