Jean Pierre Bergmann: Das Laserschweißverfahren, das Ausschuss in der Industrie senken soll

Ausgezeichnet wird ein neues Schweißverfahren mit Hochleistungslasern, das den Masseverlust eines Werkstücks durch ungewollte Spritzer um mehr als 90 % reduziert.

Die Auszeichnung

Der Freistaat Thüringen vergibt den Forschungspreis bereits seit 1995, getrennt nach Grundlagenforschung und Angewandter Forschung. In diesem Jahr ging die Auszeichnung in der angewandten Kategorie an das Ilmenauer Team.

Wie das Verfahren wirkt

Beim Schweißen mit Hochleistungslasern steigt die Fehlerzahl sprunghaft an, sobald schneller gearbeitet wird. Verantwortlich dafür sind Spritzer: winzige, flüssige Metallpartikel, die aus dem Schmelzbad geschleudert werden und die Oberfläche des Werkstücks zerstören.

Das zieht aufwändige und teure Nacharbeit nach sich. Das Team um Bergmann hat intelligente Strahlprofile mit überlagerten Strahlformen entwickelt, die genau diese Spritzerbildung unterdrücken.

Der Weg zur Erkenntnis

Um die Ursache der Spritzer zu verstehen, setzte das Forschungsteam Hochgeschwindigkeitskameras, Bildverarbeitung und Simulationen ein. Ergänzend nutzte es die European Synchrotron Radiation Facility im französischen Grenoble.

Deren Synchrotronstrahlung liefert Röntgenaufnahmen, die milliardenfach heller sind als Bilder herkömmlicher Röntgengeräte. So ließ sich zeigen, dass Spritzer durch ein Zusammenspiel von Metalldampf, Schmelzbadwellen und instabilen Kapillaren entstehen.

Bedeutung für Thüringen

Weniger Ausschuss und geringere Kosten für Nacharbeit sollen verarbeitenden Betrieben künftig eine nachhaltigere Produktion ermöglichen. Das trifft eine Branche mit Gewicht: In Thüringen sind 195 Unternehmen der Photonik-Industrie ansässig, die zusammen einen Umsatz von vier Milliarden Euro erwirtschaften. Fast 20.000 Menschen arbeiten dort in Industrie und Forschung.