Neues aus der Welt der Laser

Im Flugzeugbau werden immer mehr Bauteile mit Druckern erzeugt - bald auch ganze Flugzeuge? Darum, und um viele weitere Laser-Innovationen ging es beim Laserkongress 2014 in Aachen.

Flugpassagiere könnten in Zukunft eine bessere Aussicht genießen. Dieses Konzept eines Airbus-Fliegers aus dem 3D-Drucker macht vor, wie Leichtbau eines Tages aussehen könnte.

Auch so sehen Leichtbauteile aus dem Laserdrucker aus: Eine filigrane aber hochstabile Innenstruktur spart Gewicht. Dieses Bauteil ist durch das "selektive Laserschmelzen" entstanden. In einem Pulverbad wurde es Schicht für Schicht aufgebaut.

Auch diese Abdichtung einer Hubschrauberturbine stammt aus so einem Laserdrucker. Sie verhindert, dass Luft außen an den Turbinenschaufeln vorbeiströmt und die Turbine an Wirkung verliert. Die Wabenstruktur dient dazu, Abrieb an den Schaufelspitzen gering zu halten. Es gibt weniger Fläche, die reiben kann.

So sieht die Turbinendichtung aus, während sie entsteht. Der Laser schmilzt die Umrisse der Dichtung in ein Pulverbett. Danach trägt ein Schieber eine weitere hauchdünne Pulverschicht auf, und der Laser schmilzt die nächste Schicht auf - bis das Bauteil nach mehreren Stunden fertig ist.

Auch diese Turbinenschaufeln wurden mit einem 3D-Drucker gefertigt. Noch wirkt die Oberfläche rau. Das liegt an der Körnigkeit des Metallpulvers. Innen ist das Metall aber völlig glatt und rein - zu sehen an der abgeschliffenen Seite.

Auch große Teile von Triebwerken lassen sich so fertigen. Hier der Blick in ein Flugzeugtriebwerk für ein Verkehrsflugzeug. Die Schaufeln müssen hohe Temperaturen aushalten. 3D-Drucker sind dafür ideal, denn sie können mit allen möglichen Legierungen arbeiten.

Zwei Behälter für unterschiedliche Metallpulver. Diese kommen beim "Laser-Auftragsschweißen" zum Einsatz. Die Ingenieure können damit den Anteil der unterschiedlichen Legierungen während der Entstehung des gedruckten Bauteils flexibel und fließend ändern. So bekommt das fertige Stück mehrere Eigenschaften.

Eine Turbinenschaufel, die schon einiges hinter sich hat. Hier und da sind Dellen und Kerben im Metall. Der Laserkopf ist in Stellung, um sie zu reparieren. Kleine Düsen sprühen Metallpulver direkt in den Fokus des Laserstrahls und füllen die Löcher wieder aus. Am Ende sieht die Schaufel aus wie neu.

Der Laserkopf trägt Schicht für Schicht auf die bestehende Oberfläche auf. Langsam entsteht ein dreidimensionales Gebilde. Das aufgetragene Metall verschmilzt dabei so fest mit dem ursprünglichen unteren Material, dass es kaum noch brechen kann.

Diese Turbinenschaufeln wurden so wieder verlängert. Mit der Zeit hatten sie an den Spitzen Material verloren. Jetzt müssen sie noch sauber abgeschliffen und poliert werden, dann sind sie wie neu.

Das Auftragsverfahren ist auch gut geeignet, um Oberflächen zu veredeln. So lässt sich zum Beispiel Korrosionsschutz aufbringen oder eine mechanisch stark beanspruchte Oberfläche verstärken.

Gewinner des Innovationspreises Lasertechnologie 2014 ist Ralf Preu vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Preu hat eine Methode entwickelt, um mit Lasern eine sogenannte Passivierungsschicht an der Rückseite von Solarzellen optimal mit dem eigentlichen Siliziumwafer zu verbinden.

Mit dem Laserverfahren gelang es Preu, vierhundert solche Kontaktpunkte auf einem Quadratzentimeter Solarzellen-Rückseite unterzubringen. Der Nutzen: Die Stromausbeute der Zellen stieg, im Vergleich zu herkömmlichen Elektroden, um fünf Prozent an.