SB_19239BLP

2019
Abschlussbericht
DVS-Forschung
Effiziente Emissionsabsaugung
und
Bauteilreinigung für
die großflächige
Laser-Remote-Bearbeitung
mit Hochleistungslasern

Effiziente Emissionsabsaugung
und Bauteilreinigung für die
großflächige Laser-Remote-
Bearbeitung mit
Hochleistungslasern
Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben
IGF-Nr.: 19.239 N
DVS-Nr.: Q6.023
Fraunhofer-Gesellschaft e.V.,
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und
Strahltechnik IWS
Technische Universität Dresden,
Fachrichtung Chemie und
Lebensmittelchemie Professur
für Anorganische Chemie
Förderhinweis:
Das IGF-Vorhaben Nr.: 19.239 N / DVS-Nr.: Q6.023 der Forschungsvereinigung Schweißen und
verwandte Verfahren e.V. des DVS, Aachener Str. 172, 40223 Düsseldorf, wurde über die AiF im
Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des
Deutschen Bundestages gefördert.

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen
Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind online abrufbar
unter: http://dnb.dnb.de
© 2019 DVS Media GmbH, Düsseldorf
DVS Forschung Band 423
Bestell-Nr.: 170532
ISBN: 978-3-96870-422-7
Kontakt:
Forschungsvereinigung Schweißen
und verwandte Verfahren e.V. des DVS
T +49 211 1591-0
F +49 211 1591-200
forschung@dvs-hg.de
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Inhaltsverzeichnis
0. Zusammenfassung 3
1. Durchgeführte Arbeiten 4
2. Verwendung der Zuwendung 36
3. Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeit 36
4. Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzens der erzielten Ergebnisse 36
5. Plan zum Ergebnistransfer in die Wirtschaft 37
6. Anhang: Entwurf der Ergänzung zum DVS – Merkblatt 3222 39

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1. Durchgeführtee Arbeiten und Ergebnisse
Im Rahmen des Forschungsvorhabens sind insgesamt acht Arbeitspaketee bearbeitet worden.
Abbildung
1: Übersicht der im Antrag geplanten Arbeitspakete des Projekts „CleanRemote“ mit Angabe der
Kompetenzen der Forschungseinrichtungen TU Dresden (Lehrstuhl für anorganische Chemie), rechts
und Fraunhofer IWS Dresden, links
Dabei wurden Teilziele in einzelnen Arbeitspaketen (Abbildung 1) entweder primär durch die
Forschungsstelle
1 (FST1), dem Fraunhofer
IWS wie beispielsweise AP2 oder die
Forschungsstelle 2 (FST2), Lehrstuhl fürr anorganische Chemie der TU Dresden wie
z. B. AP5
und AP6 bearbeitet. Die weiteren Untersuchungen
in den AP1, AP3, AP44 sowie AP7 und AP8
im Rahmen des Projektes „CleanRemote“ wurden gemeinsamm bearbeitett und abgestimmt. Die
erzielten
Ergebnisse werden im Folgenden detailliert beschrieben und bezüglich Zielerfüllung
bewertet.
Arbeitspaket 1: Anforderungsanalyse
Im Rahmen
des
Arbeitspaketes 1 -Anforderungsanalyse- (FST1, FST2) wurde
ein
Markscreening zur
Remote-Systemtechnik, zu Abgasreinigungs- und Filtertechnik
sowie zur
Bauteilreinigung durchgeführt. Ergänzend dazu wurde eine Umfrage unter den pA-Mitgliedern
des
Projektes
durchgeführt. In Abbildung 2 ist der dazu angefertigte Umfragebogen dargestellt.
sowie interessierten Firmen
zur Erarbeitung der konkreten Zielvorgaben

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Abbildung 2: Umfragebogen bzgl. der relevanten Projektanforderungen der von den pA-Mitgliedern bzw. weiteren
interessierten Industrievertretern ausgefüllt wurde
Folgende Themenschwerpunkte (Tabelle 1) wurden im Rahmen der Umfrage-Auswertung
entnommen (Priorisierung gemäß Aufzählungsreihenfolge):.
Tabelle 1: Zielvorgaben des Projektes
Laser-Remote-Prozess Bauteilreinigung Absaugmanagement Werkstoffe
- Flächiges Abtragen
- Schweißen
- Schneiden Nichtmetall
- Partikelgrößen
- Abgaszusammensetzung
- CO 2 -Schneestrahlen
- Elektrostatische
Reinigung
- Laserreinigung
- Metalle (CrNi, Alu)
- FKV (Duromer- /
Thermoplast- Matrix)
- Nichtmetalle
Im Rahmen des 2. Projekttreffens bei der Firma Linde AG in Unterschleißheim wurden die
detaillierten Festlegungen (Fokussierung) für die Arbeiten im Projektzeitraum getroffen. So
wurde zusammen von den Industrievertretern und den FST1 und 2 festgelegt, dass sich auf den
Laser-Abtrags-Prozess mittels Hochleistungslasern im kontinuierlich strahlenden Prozess
konzentriert wird, da hierbei die meisten Emissionen in Form von Partikeln entstehen. Folgende
Werkstoffe konnten im Rahmen des Projektes untersucht werden:
- metallische Werkstoffe: AA2024 und EN-AW6082 (Alu) als auch
- Edelstahl der Legierung 1.4301 (ES)
- und ein unidirektionaler Faserverbundwerkstoff basierend auf Kohlenstofffaser und
Epoxidmatrix (CFK-EP).
Bei der Bauteilreinigung hat sich mehrheitlich das Interesse am CO 2 -Schneestrahlen gezeigt.
Die Industrievertreter vermuteten hierbei auch das größte Potential, da es ein in die
Fertigungslinie integrierbares, einfaches, physikalisches und auch kostengünstiges Verfahren
darstellt.

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Das Ziel des Arbeitspaketes, die Zusammenstellung des Anwendungsportfolios der
Remotetechnologie als Basiswissen sowie die konkrete Anforderungsdefinition des Projektes
wurden erreicht.
Arbeitspaket 2: Remoteversuchsstand mit variablem Arbeitsvolumen
Die Laser-Prozessuntersuchungen, die Emissionsmessungen sowie die praktischen Versuche
zur Strömungssimulation aber auch ein Teil der Reinigungsversuche erfolgte im AP2 durch
FST1 an einer am IWS neu aufgebauten, sehr flexiblen Remote-Laseranlage (Multi Remote
Anlage, Abbildung 4). Diese zeichnete sich durch die Integration verschiedener Lasersysteme
mit unterschiedlichen Laserwellenlängen und der Nutzung verschiedener Arbeitsfeldgrößen und
damit einhergehend unterschiedlich großer Laserstrahldurchmesser aus.
Die Versuche erfolgten am Remote-Versuchsstand mittels eines Single Mode - Faserlaser
YLS3000SM, Fa. IPG Laser GmbH und der Verwendung eines Großfeld 3D-Scanners AS50,
Fa. Raylase GmbH. Die optischen Einstellungen blieben für die gesamte Versuchsdurchführung
konstant. Es wurde in einem Arbeitsfeld von max. 600 x 600 mm² gearbeitet, um die wie im
Projektantrag beschriebene großflächige Bearbeitung mit relevanten, industrienahen
Systemkonfigurationen und -parametern abzubilden. Dabei ergab sich bei einer
Strahlprofilvermessung ein Fokusdurchmesser von ca. 110 µm (Abbildung 3).
Abbildung 3:
Laserstrahlprofilvermessung des am Versuchsstand genutzten Faserlasersystems in Kombination
mit einem Raylase AS 50 Großfeld-Scanner und einem 600 mm x 600 mm Bearbeitungsfeld
Die Versuchsanlage MuReA ist in ihrer Beschaffenheit und Vielseitigkeit als Labor- bzw.
Prototyp so konzipiert, unterschiedlichste Aufgabenschwerpunkte abbilden zu können. In
Abbildung 4 ist ein Überblick der Anlage in ihrer Gesamtheit dargestellt. Auf Abbildung 4a) ist
die Steuerungsstruktur dargestellt. Durch mechansiche und steuerungstechnische Kombination
von Achsportal und Großfeldscanner können auch größere Bauteile von über 2 x 2 m² Länge
Bearbeitet werden.
Die im z-Ausleger integrierten Großfeldscanner lassen sich dabei mittels z-Lagenmodul
während der Bearbeitung im Fokus verändern. Der Bearbeiter ist dabei entweder durch eine
außerhalb des Laborraum befindliche Anlagensteuerung und/oder durch eine im Volumen
variable Absaughaube von der eigentlichen Bearbeitungsstelle getrennt und zum Zeitpunkt des
Laserprozesses geschützt.