Wissenschaftler des Instituts für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart nutzten den Teilchenbeschleuniger des Deutschen Elektronen Synchrotrons (DESY) in Hamburg, um mit hochmodernen Röntgenstrahlungstechniken Laserstrahlprozesse in Echtzeit zu beobachten und detaillierte Informationen über die Vorgänge auf mikroskopischer Ebene zu erhalten.
Der Einsatz von Lasern in der Fertigung ist heutzutage allgegenwärtig. Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten, die vom Schneiden, Bohren, Strukturieren über das Schweißen und Löten bis hin zu additiven Verfahren reichen und alle denkbaren Werkstoffe wie Metalle, Gläser, Kunststoffe oder organische Materialien abdecken, machen den Laser als Werkzeug unersetzlich.
Dank den Fortschritten bei der Laserentwicklung stehen heute sehr leistungsfähige Lasergeräte zur Verfügung. Für die Lasermaterialbearbeitung bedeutet dies, dass beispielsweise Schweißgeschwindigkeiten oder Bohrungstiefen gesteigert werden können. Die steigende Leistungsfähigkeit von Lasern führt auch zu einer erhöhten Effizienz und Produktivität in industriellen Anwendungen. Prozesse, die früher viel Zeit in Anspruch genommen haben, können nun deutlich beschleunigt werden. Dadurch können Unternehmen Kosten sparen und die Gesamtwirtschaftlichkeit verbessern.
Bei den genannten Steigerungen müssen aber Prozessfehler wie beispielsweise Poren, Spritzer, Risse oder andere Prozessinstabilitäten vermieden werden. Dazu hilft der Einblick in den Prozess selbst. Das ideale Mittel hierfür ist die Röntgenvideographie, bei der die Probe während des Prozesses mit Röntgenstrahlung durchleuchtet und mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen wird.
Dank eines gemeinsamen Antrags des Fraunhofer ILT, des Lehrstuhls für Photonische Technologien (FAU Erlangen-Nürnberg), des Fachgebiets Fertigungstechnik (TU Ilmenau) und des IFSW konnte erfolgreich Strahlzeit am DESY erhalten werden. Der Teilchenbeschleuniger in Hamburg gehört zu den leistungsfähigsten Speicherring-Röntgenstrahlungsquellen der Welt und ermöglicht das Beobachten der Laserbearbeitungsprozesse mit einer örtlichen Auflösung von wenigen Mikrometern. Die Aufnahmerate erreicht dabei 18.000 Bilder pro Sekunde für Aluminiumproben. Die kohärente Röntgenstrahlung macht es zudem möglich, die Grenzen zwischen festem und flüssigem Material sichtbar zu machen, wodurch der Bereich des aufgeschmolzenen Metalls zu erkennen ist.
Die Versuchskampagne im April 2023 war bereits die dritte von insgesamt vier und erstreckte sich über eine Woche im 24-Stunden-Schichtbetrieb, damit jede Minute Strahlzeit für eine breite Palette von Experimenten genutzt wird.
Kontakt: Felix Zaiß
