Saubere Lunge dank Laserprozessabsaugung
© Fraunhofer IWS Dresden Die Multi-Remote-Anlage (MuReA) des Fraunhofer IWS schweißt, schneidet und strukturiert Bauteile großflächig und produktiv mit Hochleistungslasern. Die entstehenden Partikel und Emissionen werden sicher abgesaugt. CO2-Schneestrahlen reinigen automatisiert die bearbeiteten Oberflächen direkt nach dem Laserprozess.
In Branchen wie der Autoindustrie lassen sich mit dem Laser-Remoteverfahren blitzschnell Bauteile bearbeiten. Allerdings entstehen dabei gesundheitsschädliche Emissionen, die Lungenschädigungen hervorrufen können. Wissenschaftler des Dresdner Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS haben sich im Rahmen des IGF-Forschungsprojektes »CleanRemote« mit diesem Problem beschäftigt. Per Absaugvorrichtung verringern sie Partikel und Gase in der Luft.
Maschinenbau, Schiffbau, Luftfahrt – die
Laser-Remotebearbeitung ist seit einigen Jahren in der Industrie auf dem
Vormarsch. Während früher mit einem Laser an einem Bauteil jeweils nur
eine Stelle nach der anderen bearbeitet werden konnte, ist es nun dank
dieses Verfahrens möglich, Teile bis zu einer Größe von einem Meter an
verschiedenen Stellen quasi gleichzeitig zu schneiden, zu schweißen,
abzutragen oder zu strukturieren. Doch obwohl das gut funktioniert,
besteht ein Problem: »Die Bearbeitung erfolgt mit einer hohen Intensität
von mehreren Kilowatt innerhalb von wenigen Sekunden. Dabei entstehen
gesundheitsschädliche Emissionen in Gestalt von kleinen Partikeln und
Gasen«, erklärt Annett Klotzbach vom Fraunhofer IWS in Dresden. Im
Rahmen des IGF-Forschungsprojektes »CleanRemote« hat die Leiterin der
Gruppe Kleben und Faserverbundtechnik sich in den vergangenen Jahren mit
der Thematik befasst. Jetzt liegen konkrete Ergebnisse vor.
Absaugung verringert Gesundheitsrisiken
Mit einer speziellen Absaugvorrichtung soll sich das Risiko für
Anlagenbediener verringern. Diese sind vor allem gefährdet, wenn eine
Fertigungsanlage neu bestückt wird und somit geöffnet werden muss. Die
Partikel können so austreten und den Bediener an der Lunge schädigen.
Ausgangspunkt für die Forschung war die Frage, in welche Richtung sich
die kleinen Partikel bewegen, die mit bloßem Auge kaum zu sehen sind.
»Das kann recht unterschiedlich sein, weil manche Partikel größer sind
als andere. So haben die großen mehr kinetische Energie und fliegen
deshalb höher«, sagt Annett Klotzbach. Hinzu komme, dass der Laser mit
Hilfe von verkippbaren Spiegeln innerhalb von Millisekunden von einer
Position zur anderen springe, was die Berechnungen kompliziert gestaltet
habe. „Unsere Partner vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie der TU
Dresden haben daher am Computer ein Strömungsmodell entwickelt, damit
wir die Partikelflugbahn nachvollziehen können. Mit diesen Daten haben
wir schließlich die Absaugvorrichtungen optimiert“, sagt Annett
Klotzbach. Neben gezielt angeordneten Absaughauben haben die
Wissenschaftler zusätzlich einen sogenannten Querjet eingebaut. »Für
Teilchen, die sich weit weg von den Absaughauben befinden, brauchen wir
diesen. Sie werden so von einer Seite zur anderen geblasen und dann
abgesaugt.« Restverschmutzungen würden zudem per CO2-Schneestrahlverfahren beseitigt, erläutert die Wissenschaftlerin.
Arbeits- und Umweltschutzauflagen erfüllen
Zweieinhalb Jahre hat Annett Klotzbach mit ihrem Team und dem
Kooperationspartner an dem Projekt gearbeitet. Nun sollen die
Erkenntnisse der Wirtschaft zugutekommen, wo die Laser-Remotebearbeitung
beispielsweise eine wichtige Rolle spielt, wenn der Stahlrahmen eines
Autositzes verschweißt wird oder eine metallische Oberfläche gereinigt
und angeraut werden muss, um Karbonteile einzukleben. »Die
Laser-Remotebearbeitung mit Hochleistungslasern wird weiter Einzug
halten, insbesondere bei kleinen und mittelständischen Unternehmen. Sie
können von unseren Forschungsergebnissen profitieren, um die arbeits-
und umweltschutzrechtlichen Auflagen bestmöglich zu erfüllen«, sagt
Annett Klotzbach. Mitte Juni wird sie das Verfahren auf der Messe »LASER
World of PHOTONICS« in München vor einem Fachpublikum erstmals
öffentlich präsentieren.