Deutsche Forschergruppe gibt Hinweise auf ganze 3D-gedruckte Lasersysteme

Bei einem Treffen in der vergangenen Woche in Hannover stellte eine multidisziplinäre Forschungsgruppe einige ihrer Hauptziele vor, die auf den neuesten Anwendungen von 3D-gedruckten Optiken basieren – einschließlich der Möglichkeit, ganze Lasersysteme zu drucken.

Die vier Partner des GROTESK-Innovationsnetzwerks, das für “Generative Production of Optical, Thermal and Structural Components” steht, stellten Forschungsansätze vor, mit denen optische Systeme in Zukunft auf ganz unterschiedliche Weise hergestellt werden könnten.

Die Herstellung optischer Systeme im 3D-Druck ist das Ziel des Teams der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover (LUH), des Clausthaler Zentrums für Materialtechnik (CZM), der Hochschule Hannover (HSH) und des Laser Zentrums Hannover ( LZH).

“Die Partner des GROTESK-Projekts haben beschrieben, welche Anwendungen sich aus diesem spannenden Forschungsfeld ergeben könnten”, so Dr.-Ing. Stefan Kaierle, Projektleiter Niedersachsen Additiv und Geschäftsführer am LZH, sprach vor dem Treffen. Stellvertretender Projektleiter, Dr.-Ing. Gerrit Hohenhoff stellte Niedersachsen Additiv vor, das neben Forschung, Entwicklung und Beratung für kleine und mittlere Unternehmen eine breite Palette von Aktivitäten anbietet.

“Innovation passiert in unseren Köpfen und ich freue mich über viele jüngere Teilnehmer”, sagte der Koordinator des Konsortiums, Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer (von LUH). Er sagte: “GROTESK erforscht, wie optische Systeme durch additive Fertigung digital konstruiert und in reale Baugruppen umgewandelt werden können.”

Die Forscher erklärten, dass sie bereits interne Strukturen zur verbesserten Kühlung eines Lasers drucken können. Mit einem digitalen Zwilling simuliert das Team am LUH die thermomechanischen Eigenschaften eines 3D-Bauteils und kann so den Fertigungsprozess vorab modellieren. Effizientere Kühlsysteme ermöglichen höhere Ausgangsleistungen ohne Wärmeverluste, was eine Voraussetzung für leistungsstärkere Lasersysteme ist.

“Wir müssen Materialien mit Bedacht auswählen und Eigenschaften wie den Schmelzpunkt und die Oberflächeneigenschaften anpassen”, sagte Prof. Dr.-Ing. Volker Wesling (aus CZM). Das CZM legt besonderen Wert sowohl auf die Verbindung beim direkten Bedrucken eines Materials auf einem optischen Bauteil als auch auf die daraus resultierenden thermischen Einflüsse. Die hohe thermische Belastung in diesem Prozess kann zu erhöhten Spannungen führen, die manchmal zum Bruch der Optik führen. Dies kann jedoch mit angepassten Materialsystemen verhindert werden.

Optische Systeme bestehen oft aus verschiedenen Arten von Materialien. “Wir drucken Metall, Glas und Polymere und möchten die Materialien mit geringem Aufwand wechseln können”, sagte Prof. Dr.-Ing. Henning Ahlers (HsH) definiert die Herausforderung an die Systemtechnik. Seine Lösung ist ein koaxialer Laserauftragschweißkopf, der den Laserstrahl aufteilt und später wieder kombiniert. Auf diese Weise kann ein Bauteil unabhängig von der Strahlrichtung bearbeitet und unterschiedliche Materialien flexibel und automatisch zugeführt werden.

Dietmar Kracht vom LZH. “Die auf dem GROTESK-Meeting vorgestellten Konzepte tragen jedoch wesentlich dazu bei, dass wir in Zukunft viele Systeme automatisieren können.” Das LZH-Team kann bereits jetzt Optiken spannungsfrei direkt auf ein Medium drucken. Dieser Prozess kann automatisiert werden, fuhr er fort und ersparte einen manuellen Schritt bei der Lasermontage. “GROTESK beabsichtigt, künftig ganze Lasersysteme digital zu konstruieren und zu drucken.”