Eine umweltfreundliche Alternative zu gifthaltigen Schiffsbeschichtungen
Ultraschnelle Hochleistungslaser kommen zunehmend bei zahlreichen industriellen Anwendungen zum Einsatz, da sie es erlauben, unterschiedlichste Materialien abzutragen. Sogar im Mikrometerbereich lassen sich mit ultraschnellen Lasern glatte, schmelzfreie Schnittkanten erzielen, weshalb man sie verstärkt in Bereichen wie der Werkzeugherstellung verwendet, wo harte Werkstoffe mit hoher Präzision bearbeitet werden müssen. Allerdings können solche Bearbeitungsverfahren sehr viel Zeit in Anspruch nehmen. Das EU-finanzierte Projekt MultiFlex (Ultrashort Pulsed Laser Processing at 1 Kilowatt Using a Flexible Multi Beam Approach) geht diese Herausforderung an und entwickelt ein Ultrakurzpulslasersystem, das mit einer Punktmatrix arbeitet. So soll die Materialbearbeitung um bis zu 100-mal schneller werden als mit derzeit gebräuchlichen ultraschnellen Systemen für die Bearbeitung mit Lasern. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die am Projekt beteiligt sind, haben eine neue Lasertechnologie entwickelt, mit der eine Bewuchshemmung für die Schiffsindustrie realisierbar ist. Die neue Methode soll genutzt werden, um Metall- oder Kunststoffoberflächen mit einer Gravur zu versehen, die ihnen hydrophobe (wasserabweisende) Eigenschaften verleiht. Diese können dann die giftigen Lackierungen ersetzen, die zum Überziehen von Schiffen eingesetzt werden, um zu verhindern, dass sich Algen oder unerwünschte Organismen an den Schiffsrümpfen festsetzen. Eine Pressemitteilung fasst die wichtigsten Fakten über das System zusammen: „Ein europäisches Forschungsteam macht sich die neueste Photoniktechnologie zunutze und entwickelt zurzeit ein ultraschnelles „Punktmatrix“-Lasersystem mit einer Leistung von 1 kW, das eine Struktur in Metall- oder Kunststoffoberflächen einritzt und diese dadurch strömungstechnisch optimiert. So kann die unvorstellbar effiziente Haut von Haien nachgebildet werden.“ Weiter heißt es: „Das neue Lasersystem ätzt winzige „Dornstrukturen“ in das Blech- oder Kunststoffteil und erzeugt damit auf mikroskopischer Ebene eine raue Oberfläche. Diese unebene Topografie führt zu einer Verringerung des Strömungswiderstandes und hemmt das Wachstum von Bakterien, Algen oder sogar Rankenfußkrebsen.“ Diese bewuchshemmenden Eigenschaften werden dabei helfen, die Kosten für Schiffsreparaturen und -wartung zu verringern und gleichzeitig die CO2-Emissionen sowie die Ausgaben für Kraftstoff senken.
Alternative zu gesundheitsschädlichen Beschichtungen
In der gleichen Pressemitteilung erklärt MultiFlex-Projektkoordinator Dr. Johannes Finger vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, dass die Technologie nicht nur bei Komponenten nützlich ist, die für eine maritime Umgebung gedacht sind, sondern auch in anderen Bereichen Anwendung finden könnte, etwa bei Flugzeugen und Strömungsmaschinen. „Hier würden die Oberflächenstrukturen möglicherweise Kavitation unterbinden und auf diese Weise die Lebensdauer von Turbinen für Antriebssysteme oder Wasserturbinen optimieren. Unser photonisches System kann außerdem Verzierungen oder ‚Mikrokavitäten‘ erzeugen.“ Wird die Technik als Alternative zu chemischem Ätzen verwendet, kann sie Vorteile für die Umwelt mit sich bringen. Das von MultiFlex entwickelte Lasersystem „sendet äußerst schnelle Pulse mit konzentrierter Energie aus, um von Werkstoffen, deren Bearbeitung sich offenkundig schwierig gestaltet, bestimmte Teile abzutragen oder sie zu zerschneiden“, heißt es in der Pressemitteilung weiter. „Das System ähnelt einem riesigen Schachbrett und zerteilt einen einzigen Strahl in ein Raster von 64 Teilstrahlen. Dabei kann jeder einzelne Strahl an- und ausgeschaltet, positioniert und individuell abgestimmt werden.“ Das Verfahren von MultiFlex „erlaubt es, mehr als 150 mm³ in einer Minute abzutragen“, so Dr. Finger. Das Projekt MultiFlex läuft noch bis Dezember 2021. Zu den weiter gefassten Anwendungsbereichen der ultraschnellen Lasertechnologie gehören die Fertigung von Werkzeugen und Gussformen, der Automobilbau, die Elektronikindustrie sowie die Druck- und Prägebranche. Weitere Informationen: MultiFlex-Projektwebsite
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