Fraunhofer IWS: Simulationen für die 2D-Laserhärtung

Um Turbinenschaufeln, Werkzeuge, Motorenbauteile oder andere Stahlkomponenten energiesparend und beanspruchungsgerecht zu härten, setzt sich in der Industrie immer mehr die umweltfreundliche Behandlung mit dem Laser durch: Im Vergleich zur Ofenhärtung sinkt bei der Laserhärtung – je nach Bauteil – der Energieaufwand um bis zu mehr als 90 Prozent.

Zudem lassen sich damit auch hitzeempfindliche Komponenten schonend härten. Schnell schwingende Spiegel führen den Laserstrahl und steuern präzise den thermischen Energieeintrag, der oft nur einige Zehntelmillimeter tief ins Bauteil reicht. Auch fällt der energetische Aufwand weg, der beim Ofen-, Flamm- oder Induktionshärten häufig nötig ist, um Bauteile abzuschrecken oder anzulassen.

Das Fraunhofer IWS arbeitet gemeinsam mit europäischen Partnern daran, der Laserhärtung breitere Einsatzmöglichkeiten durch Nutzung komplexerer 2D-Scanfiguren zu eröffnen. Ziel sind besonders kompakte und preiswerte Laserhärtungsmodule für Roboter und CNC-Zellen. Sie sollen mit nur noch einem statt der bisher üblichen zwei Schwingspiegel den Laserstrahl zweidimensional führen und formen.

2D-Scan Technik für das Laserhärten komplexer Formen
Für ein vertieftes Verständnis dieser noch jungen 2D-Scan-Technik setzt das Fraunhofer IWS selbstentwickelte Simulationsprogramme ein. Simuliert werden die komplexen zeit- und ortsabhängigen Temperaturverteilungen, um den Einfluss von Parametern wie Laserleistung, Strahldurchmesser und Oszillationsfiguren sowie -frequenzen virtuell abbilden und bewerten zu können. Im Fokus steht die Suche nach geeigneten thermischen Zyklen und optimalen Härteergebnissen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in die Auslegung und Steuerung industrierelevanter Anwendungen einfließen, um selbst komplex geformte Bauteile gleichmäßig laserhärten zu können. Perspektivisch sollen Methoden Künstlicher Intelligenz für die Strahlformung und -führung zum Einsatz kommen.

Kontakt

Dr.-Ing. Achim Mahrle
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Telefon +49 351 83391-3407

Weiterführende Links

www.iws.fraunhofer.de
Foto: Fraunhofer IWS