Forschung
Im SFB 1368 untersucht das LZH an einer selbst entwickelten Anlage die Prozessierbarkeit von Metallpulvern beim selektiven Laserstrahlschmelzen in sauerstofffreier Atmosphäre - © LZH
29.01.2024

Löten und 3D-Drucken ohne Oxidation

Löten und 3D-Drucken ohne Oxidation: LZH forscht an sauerstofffreier Produktion

Bei der Metallverarbeitung ist Oxidation ein leidiges Thema. Abhilfe schaffen könnte die Produktion in sauerstofffreier Umgebung. Das LZH erforscht, wie sich dieses Konzept in der Additiven Fertigung und beim Löten umsetzen lässt.

Sauerstoff ist in vielen Produktionsprozessen in der metallverarbeitenden Industrie ein Störfaktor: Die Oxidschichten, die beim Bearbeiten von Metallen durch den Sauerstoff in der Umgebung entstehen, können das Fügen von Werkstücken erschweren und den Verschleiß von Bauteilen und Werkzeugen beschleunigen. Im Sonderforschungsbereich 1368 „Sauerstofffreie Produktion“ nutzen die Forscherinnen und Forscher eine innovative Methode, um dem Oxidationsproblem zu begegnen: Sie führen während der Produktion ein Argon-Schutzgas mit einem kleinen Anteil Silan zu. Das Silan reagiert mit dem Sauerstoff der Umgebung und es entsteht eine XHV-adäquate Atmosphäre, also eine Atmosphäre mit einem so geringen Sauerstoffgehalt wie in einem extrem hohen Vakuum. Dieser Ansatz zum Ausschließen von Sauerstoff ist dabei wesentlich wirtschaftlicher als die Umsetzung eines technischen Vakuums. Am LZH erforschen Wissenschaftler diesen Ansatz für das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen und für das Laserstrahlhartlöten.

Ziel: Laserstrahlhartlöten ohne Flussmittel

Die Gruppe Fügen und Trennen von Metallen hat in einem Teilprojekt einen neuartigen Lötprozess entwickelt, der ohne den Einsatz von Flussmitteln auskommt. Die zum Teil umwelt- und gesundheitsschädlichen Flussmittel werden üblicherweise genutzt, um die Oxidschicht auf der Materialoberfläche aufzubrechen und so zu ermöglichen, dass Metall und Lot zusammen reagieren. In dem neu entwickelten Prozess brechen die LZH-Forscher die Oxidschicht stattdessen mit einer ns-gepulsten Laserstrahlquelle auf. Anschließend erfolgt der Lötprozess mit cw-Laserstrahlung unter Silan-Atmosphäre. Durch die sauerstofffreie Atmosphäre wird verhindert, dass die Oberfläche zwischen den Prozessschritten erneut oxidiert.

Im SFB 1368 untersucht das LZH das Laserstrahllöten in sauerstofffreier Atmosphäre. - © LZH
Im SFB 1368 untersucht das LZH das Laserstrahllöten in sauerstofffreier Atmosphäre. © LZH

Wie die Forscherinnen und Forscher zeigen konnten, ist es möglich, unter sauerstofffreier Atmosphäre die Oxidschicht auf Aluminiumlegierungen dauerhaft zu entfernen. Somit war anschließend eine Benetzung der Oberfläche mit einem artgleichen Lotwerkstoff möglich. In der zweiten Förderperiode werden die Forschenden den Prozess auf die herausfordernde Mischverbindung aus Aluminium und Kupfer übertragen und die Prozessgrenzen erforschen.

Additive Fertigung unter sauerstofffreier Atmosphäre

Die Gruppe Additive Fertigung – Metalle erforscht, wie sich Metallpulver beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen in sauerstofffreier Atmosphäre verarbeiten lassen. Auf einer eigens dafür entwickelten Anlage für das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen von Metallen (PBF-LB/M-Verfahren) wurde hierzu der Prozess anhand der Titanlegierung Ti-6Al-4V entwickelt und mittels Hochgeschwindigkeitskameras überwacht. Ziel des Teilprojektes ist es, ein grundlegendes Verständnis für den Prozess unter sauerstofffreier Atmosphäre und den Einfluss des Sauerstoffs zu erlangen. Erwartet haben die Forscher:innen, dass die Abwesenheit von Sauerstoff zu einem stabileren Prozess, weniger Spritzern und besseren Bauteileigenschaften führt. Sie konnten zeigen: Die Spritzer verringern sich nicht nur in ihrer Anzahl, sondern oxidieren auch weniger stark, was die Degradierung des Pulvers vermindert. Für eine weitere Verbesserung des Prozesses und der Bauteilqualität ist es aber wichtig, auch die Feuchtigkeit in Atmosphäre und Pulver zu eliminieren, was in Förderperiode 2 eingehend untersucht werden soll.

Über den SFB 1368

Im Sonderforschungsbereich 1368 „Sauerstofffreie Produktion – Prozesse und Wirkzonen in sauerstofffreier Atmosphäre zur Entwicklung zukunftsfähiger Produktionstechniken und Fertigungsverfahren“ sind neben dem LZH acht Institute der Leibniz Universität Hannover, vier Institute der Technischen Universität Clausthal sowie der Lehrstuhl Datenmanagement im Maschinenbau der Universität Paderborn beteiligt. Der SFB wird von der DFG gefördert. Die zweite Förderperiode wird mit rund 10,5 Millionen Euro bis Ende 2027 gefördert.

(Quelle: Presseinformation des Laser Zentrums Hannover e.V.)

Schlagworte

Additive FertigungFügetechnikLaserstrahlhartlötenLaserstrahlschmelzenLötenMetallverarbeitungPulverbettbasiertes LaserstrahlschmelzenSilanTrenntechnikVerschleiß

Verwandte Artikel

07.03.2026

8. Joining Smart Technologies Konferenz

Am 20. und 21. Mai 2026 findet die achte Internationale Automobilkonferenz statt. Hauptthemen sind Nachhaltigkeit, Internationalisierung in herausfordernden Zeiten und de...

Automobilbau Automobilindustrie Fügeprozesse Fügetechnik KI Konferenz Künstliche Intelligenz Nachhaltigkeit
Mehr erfahren
02.03.2026

Technologieforum: Sicherheit beim Schweißen

Am 16. April 2026 findet ein Forum im SchweisserCampus Krefeld zum Thema Arbeits- und Gesundheitsschutz beim Schweißen statt.

Arbeitssicherheit Gesundheitsschutz Laserstrahlhandschweißen Metallverarbeitung Schutzgase Schweißen Schweißrauch Schweißrauchemissionen
Mehr erfahren
01.03.2026

Herstellung von Tragkonstruktionen mit Plasmaschneidanlage

Für die Bearbeitung von Blechen und Profilen zur Herstellung von Tragkonstruktionen setzt PariMetal erneut auf eine MicroStep-Plasmaschneidanlage.

Blech Metallbearbeitung Metallverarbeitung Plasmaschneiden Profile Rohrbearbeitung Schneiden Stahl
Mehr erfahren
Sitz beider neuen Gesellschaften bleibt Hamlar
21.02.2026

Stärkung der Geschäftsbereiche Additive Fertigung und Rührreibschweißen

Bei der Grenzebach Gruppe werden die Geschäftsfelder Additive Fertigung und Rührreibschweißen seit dem 1. Januar 2026 als eigenständige Gesellschaften geführt.

Additive Fertigung Automatisierung Friction Stir Welding Rührreibschweißen Schweißen Serienfertigung Wachstumsfelder
Mehr erfahren
Mitglieder der DVS-Fachgruppe FG 3.3 „Schweißtechnische Ausbildung an Hochschu-len und Universitäten“
12.02.2026

Studierende im Fokus: DVS-Umfrage erfasst Bedarfe für Lehre und Forschung

Die DVS-Fachgruppe FG 3.3 hat eine Umfrage unter Studierenden gestartet, um ihre Bedürfnisse für Lehre und Lehre zu erfassen.

Ausbildung DVS-Fachgruppe DVS-Forschung Forschung Fügetechnik Industrie Lehre Schweißtechnik SFI Weiterbildung
Mehr erfahren