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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Der Laser als Werkzeug zur Herstellung mikroverfahrenstechnischer Apparate

Thursday (19.09.2019)
11:00 - 11:30 Uhr Eselstall
Bestandteil von:


Mittels Laserschweißen können Werkstoffe mit eng begrenzter Wärmeinflusszone gefügt werden. Einschweißtiefe und Nahtquerschnitt lassen in weiten Grenzen dem Anwendungsfall anpassen. Aufgrund leistungsfähiger Strahlquellen sind Schweißgeschwindigkeiten von mehreren zehn Metern pro Minute erzielbar. Der Einfluss der Wärmeleitfähigkeit auf den Nahtquerschnitt tritt, abhängig von der Wärmeleitfähigkeit des Wertstoffs, zunehmend in den Hintergrund. Resultat sind Aspektverhältnisse bei geringer Nahtbreite, die bisher vom Elektronenstrahlschweißen bekannt waren.

Auch Laserschweißungen verschiedener Werkstoffkombinationen sind unter Beachtung von Phasendiagrammen möglich, wobei das tatsächliche Gefüge aufgrund hoher Schweißgeschwindigkeit nicht dem Gleichgewichtszustand entsprechen muss. Meist wird ohne Zusatzwerkstoff geschweißt, allerdings sind die Anforderungen an die Spannmittel sehr hoch.

Zudem eignet sich der Laser auch als Werkzeug, um mittels Laserschneiden sehr filigrane Strukturen herzustellen. Dies kann neben Mikrozerspanung, und werkstoffabhängig dem chemischen Ätzen, zur rationellen Mikrostrukturierung nahezu beliebiger Metalllegierungen eingesetzt werden. Bei der Verwendung korrosionsbeständiger Werkstoffe wie hochlegierte rostfreie Edelstähle oder Nickelbasislegierungen ist die mechanische Strukturierung aufgrund des zähen Werkstoffverhaltens sehr anspruchsvoll und geht mit hohem Werkzeugverschleiß einher. Chemisches Ätzen ist bezüglich korrosionsbeständiger Werkstoffe auf eisenhaltige Legierungen beschränkt (FeCl3-Prozess) und es fallen problematische Reststoffe an. Zudem können nichtmetallische Einschlüsse oder Lunker zu Passagendurchbrüchen führen. Auch beträgt die Rauheit in Mikrokanälen ein Vielfaches von gefrästen Strukturen, was zu hohen Druckverlusten beiträgt.

Beim Laserschneiden bestehen gewisse Einschränkungen in der Designfreiheit, da Stege an Hilfsstrukturen aufgehangen sein müssen und nur durchgehend strukturiert werden kann. Inselförmige Strukturen lassen sich nicht realisieren. Durch Kombination verschiedener Designs können verschränkte Mikrokanäle, kombiniert mit Kühlpassagen, realisiert und die Gleichverteilung von Medien verbessert werden. Beim Stapeln lasergeschnittener Strukturen lassen sich Böden zur Passagentrennung in verschiedenen Materialdicken einfach realisieren. Nach der Verbindung mittels Diffusionsschweißen müssen Haltestege für interne Strukturen z.B. mittels Drahterodieren entfernt werden.

 

Sprecher/Referent:
Dr. Thomas Gietzelt
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Torsten Wunsch
    KIT, Campus Nord
  • Prof. Dr. Roland Dittmeyer
    KIT, Campus Nord