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Förderkennzeichen: MF160039
Projektlaufzeit: 01.03.2017 bis 28.02.2019

Strukturierung organischer Materialien mittels Laserstrahlung

Die Bearbeitung und Profilgebung organischer Werkstoffe wie Holz findet aktuell fast ausschließlich mechanisch statt. Dazu wird der Werkstoff mit Metallwerkzeugen manuell in die gewünschte Form gebracht. Es existieren auch Sonderlösungen in der Massenherstellung allerdings ist der Zeitaufwand insbesondere für komplexere Geometrien und filigrane Strukturen dabei sehr hoch, unterliegen dem Werkzeugverschleiß und beinhalten aufgrund hoher Staubbelastungen für den Bearbeiter gesundheitliche Nachteile. Weiterhin stellen beispielsweise bei der Herstellung von hochwertigen Bilderrahmen im musealen Bereich und für Sammler unter Verwendung teurer, aufwendig hergestellter Profilleisten insbesondere die Rahmenecken optische, wertmindernde Beeinträchtigungen in der Produktqualität dar.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer innovativen Verfahrenstechnologie zur Herstellung rückstands- sowie nachbearbeitungsfreier Schnittkanten und 2,5D-Strukturen an nachwachsenden organischen Materialien mittels Kurzpuls-CO2-Laserstrahlung sowie die Qualifizierung von Prozessparametern für die automatisierte Fertigung einschließlich der Integration eines Monitoring-Systems.

Das Forschungsvorhaben beinhaltet die Entwicklung eines lasergestützten Bearbeitungsprozesses mit dessen Hilfe nachwachsende organische Materialien strukturiert und konfektioniert werden können. Zum Einsatz soll ein neues IR-Lasersystem mit sehr energiereichen Impulsen in Kombination mit hochdynamischen Scannersystemen sowie mit einem 6-Achs-Portalsystem kommen. Die Etablierung eines solchen Prozesses gestattet einen nachbearbeitungsfreien Abtrag bzw. Strukturierung sowie die Konfektionierung von organischen Materialien unter Beibehaltung der materialtypischen Eigenschaften, um die qualitativen Anforderungen verschiedener Anwendungen zu ermöglichen. Bisher bekannte Verfärbungen (Verbrennung, Degradation) an den bearbeiteten Geometrien sollen vermieden werden. Es sind Prozessparameter für die automatisierte Fertigung zu generieren und zu qualifizieren sowie ein Monitoring-System zur Prozessüberwachung und -steuerung zu integrieren. Zusätzlich ist geplant, zu bearbeitende Formen und Oberflächen von einem Referenzobjekt mittels 3D-Laserscanner aufzunehmen und zu digitalisieren, um anschließend mit dem Kurzpuls-CO2-Laser die gewünschte Kontur auf organische Materialien und natürliche Faserverbundwerkstoffe zu übertragen. 

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