Der Desy-Beweis Grüne Trumpf-Laser sind nachhaltige Fertigungssysteme

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Teilchenbeschleuniger haben jetzt bewiesen, dass der Einsatz von grünen Lasern für das Schweißen von Hochleistungselektronik für Elektrofahrzeuge Ressourcen spart. Hier die Erklärung.

Jede Menge Rohstoffe ließen sich beim Schweißen von Hochleistungselektroniken sparen. Das hat eine Untersuchung beim Deutschen Elektronen-Synchrotron Desy der Helmholtz-Gemeinschaft in Hamburg ergeben, wie Trumpf berichtet. Hochleistungselektronik steckt außerdem in jedem E-Auto. Sie sorgt als Schlüsselkomponente für die bestmögliche Leistung von Batterie und Elektromotor. Die Hamburger Forscher untersuchten nun gemeinsam mit Trumpf und dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen Laserschweißprozesse, die bei der Herstellung von E-Autos, zum Einsatz kommen.

Trumpf, ILT, Desy und das Helmholtz-Zentrum Hereon brachten dazu jeweils hochspezialisiertes Wissen zu Röntgenstrahlung, Laserquellen und Schweißprozessen in das Vorhaben mit ein. Dadurch gelangen nun erstmals Einblicke, die für das menschliche Auge und selbst für Mikroskope unsichtbar bleiben, wie die Beteiligten betonen. Es stellte sich heraus, dass beim Einsatz eines Lasers mit grünem Strahlspektrum weitaus weniger Ausschuss entsteht als bei anderen Laserschweißverfahren, etwa im roten Wellenlängenbereich. Autohersteller sparen also durch den grünen Laser beim Schweißen Rohstoffe und tragen damit zu nachhaltigerer Fertigung bei.

Hightech-Physik macht Laserprozesse sichtbar

Für die genaue Untersuchung von Schweißprozessen nutzen Experten des Fraunhofer ILT in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen Desys Röntgenlichtquelle Petra III am Versuchsaufbau des Helmholtz-Zentrums Hereon. Denn herkömmliche Verfahren sehen eigentlich nur die elektromagnetischen Emissionen aus dem Plasma. Mit der Strahlung von Desy könne man aber nicht nur in die Schmelze hineinschauen, sondern sogar die schmelzflüssige Dynamik sichtbar machen.

Dazu haben die Partner Laserschweißprozesse mit zwei verschiedenen Lasersystemen untersucht: Einen Laser, der im nahen Infrarotbereich strahlt (NIR) und einen Laser mit grüner Wellenlänge. Interessant sei es, zu verstehen, wie zum Beispiel Spritzer und Poren entstehen und wie sich die Wärme aus dem Laserschweißprozess auf empfindliche Komponenten wie Elektronikbauteile auswirkt.

Die Projektpartner nutzten für ihre Untersuchung die brillante Röntgenstrahlung des Teilchenbeschleunigers am Hereon-Versuchsaufbau für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen mit mehreren tausend bis zehntausend Bildern pro Sekunde, wie es weiter heißt. Man wollte so mithilfe der Untersuchungen am Teilchenbeschleuniger genau wissen, was beim Kupferschweißen den Unterschied macht. Denn ein stabiler Schweißprozess ist wichtig, weil die Hersteller von Elektrofahrzeugen mehrere Milliarden Verbindungen in höchster Qualität schweißen müssen. In Zukunft wollen Trumpf und das Fraunhofer ILT die Forschung auch auf andere Bereiche wie den 3D-Druck, das Laserschneiden und das Laserstrahlbohren mit Ultrakurzpulslasern ausdehnen und dazu auch weitere Industriepartner mit ins Boot holen.

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