Forschungsaktivitäten

FH-Kooperativ: Neue Ansätze zur Proteinkonformationsanalytik: Kapillarelektrophorese in Kombination mit Ionenmobilitäts-Massenspektrometrie und H/D-Austausch gekoppelt durch ein mittels Ultrakurzpuls-Lasertechnologie hergestelltes innovatives Glasventil (ProCEVen)

Projektpartner:

• AbbVie Deutschland GmbH & Co. KG
• TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
• FEMTOprint SA
• Institut für Analytische und Bioorganische Chemie Hochschule Aalen
• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen

Projektzeitraum: September 2022 – August 2026

Projektbeschreibung:

Die weltweite COVID-19-Pandemie hat es mehr als verdeutlicht: Eine der wesentlichen Herausforderungen unserer Gesellschaft auf dem Gesundheitssektor stellt die schnelle Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe dar. Insbesondere fehlen in der Analyse antikörperbasierter Wirkstoffe effektive und hochpräzise Systeme. Das interdisziplinär zusammengesetzte Team hat sich das Ziel gesetzt, die Impfstoff- und Medikamentenentwicklung wesentlich zu beschleunigen. Ziel des gemeinsamen Projektes ProCEVen ist dabei die Entwicklung neuartiger Analytiksysteme, um Proteinkonformationen bei der Herstellung biopharmazeutischer Wirkstoffe schneller, effizienter und präziser analysieren zu können. Die mehrdimensionale kapillarelektrophorentische Proteintrennung soll dabei durch ein neuartiges, mit Ultrakurzpulslaser hochpräzise gefertigtes mikrofluidisches Glasventil erzielt werden. Um dies zu erreichen werden die Techniken der direkten Laserablation durch simultane Kurz- und Ultrakurzpulsbearbeitung mit dem laserinduzierten Ätzen zur komplexen Bearbeitung von Glassubstraten kombiniert.

Impulsprojekt Smart-ADD: Plattform Additive Technologien

Beteiligte Institute der Hochschule:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Zentrum für Optische Technologien (ZOT) Hochschule Aalen
• Institut für Materialforschung (IMFAA) Hochschule Aalen
• Zentrum für virtuelle Produktentwicklung (ZVP) Hochschule Aalen

Projektzeitraum: Juni 2021 – Mai 2025

Projektbeschreibung:
Ein übergeordnetes Ziel der High-Tech Strategie 2025 ist, die Rohstoffproduktivität zu erhöhen, um das Wirtschaftswachstum vom Ressourcenverbrauch zu entkoppeln. Das querschnittlich angelegte Impulsprojekt (IP) Smart-ADD setzt sich zum Ziel, spürbare Beiträge hierzu zu leisten, indem es mittels additiven Fertigungstechnologien Ressourcen nur dort einsetzt, wo sie funktional erforderlich sind. Im engen Austausch mit den Anwendungsfeldern „Elektrische Energiewandler (IP Smart-MAG)“ und „Leichtbau (IP Smart-LIGHT)“ soll bedarfsorientiert eine Plattform „Additive Technologien“ entwickelt werden, die die notwendige Hard- und Software sowie erforderliche Materialien und spezifisch angepasste Prozesse beinhaltet.

Im Teilprojekt des LAZ soll eine Prozessplattform für die additive Fertigung weichmagnetischer Materialien entwickelt werden. Im Fokus stehen dabei die Erarbeitung geeigneter Laserparameter und Prozessmethoden zur Verarbeitung auch spröder Materialien wie Fe-Al oder Fe-Si durch angepasstes Thermomanagement. sowie die Herstellung innovativer alternierend geschichteter weichmagnetischer Multi-Material-Schichtsysteme mit elektrisch isolierenden Trennschichten mit überlegenen magnetischen Eigenschaften.

Weitere Informationen finden Sie unter: SmartPro

Impulsprojekt Smart-LIGHT: Smarte Druckguss Strategien durch Machine-Learning und innovative Fügeprozesse und Prüftechnologien für hybride Leichtbaukonstruktionen

Beteiligte Institute der Hochschule:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Gießereitechnologie Aalen (GTA) Hochschule Aalen
• Institut für Materialforschung (IMFAA) Hochschule Aalen
• Labor für zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (LzfP) Hochschule Aalen
• Technologiezentrum Leichtbau (TZL) Hochschule Aalen

Projektzeitraum: April 2022 - März 2026

Projektbeschreibung:
Aufgrund der steigenden Bedeutung von Ressourcen- und Energieeffizienz wird die branchenübergreifende Schlüsseltechnologie Leichtbau für die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen im globalen Markt eine entscheidende Rolle spielen. Hierbei werden innovative Fügetechnologien zur Herstellung von Multimaterialverbunden mit einem breiten Anwendungsspektrum wie z.B. im Fahrzeug- und Maschinenbau sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik als game changer angesehen.

Smart-LIGHT adressiert diese in drei Teilprojekten. Teilprojekt 1 und 2 befassen sich in Zusammenarbeit mit den Impulsprojekten Smart-DATA und Smart-ADD mit der Entwicklung serientauglicher zerstörungsfreier Prüfverfahren und intelligenter, Machine-Learning-basierter Auswertemethoden für Druckgussbauteile und -prozesse (TP1) wie auch hybrider Konstruktionen (TP2). In TP3 werden neuartige Fügeverfahren zur Herstellung hybrider Bauteile aus Druckgießlegierungen und anderen Metallen (z.B. Stahl) oder faserverstärkten Kunststoffen (z.B. CFK) erforscht. Hierbei ist insbesondere die passgenaue Oberflächenmikrostrukturierung von hoher Bedeutung, die u.a. mittels Laser erzeugt werden soll. Darüber hinaus sollen in Smart-LIGHT Alterungs- und Korrosionserscheinungen an Modellproben untersucht werden, die sich im ungealterten Zustand durch eine gute Mikrostrukturqualität und gute Festigkeitseigenschaften auszeichnen.

Exploratives Projekt SmartCycle: Smarte Recyclinglösungen für Zukunftstechnologien
 

Innovative Projekte: Nachhaltiges Sicherungskonzept in Hochleistungs-Drahtwälzlagern für Computertompographen durch innovative Laserstrukturierungen (SustBearing)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Franke GmbH
• Robot Technology
• Projektzeitraum: Juni 2022 - Mai 2024

Projektbeschreibung:

Ziel des Projektes ist die Erforschung nachhaltiger Prozesse auf Laserbasis zur Herstellung von großen Drahtwälzlagern. Durch den Lasereinsatz soll die Betriebsfestigkeit der Großlager gesteigert werden um die wachsenden ökologischen sowie technologischen Ansprüche zu erfüllen, da die etablierte Technologie mittels adhäsivem Fügen an Ihre Grenzen stößt. Die Ziele sind dabei mehrschichtig und umfassen die KI-basierte Identifizierung geeigneter Laserbearbeitungsparameter, die Entwicklung eines Laserprozesses für große Strukturen sowie die Etablierung von Qualitätssicherungsmaßnahmen. Neben den technologischen, methodischen Zielen sollen auch betriebswirtschaftliche Anforderungen erfasst werden und somit frühzeitig Kostensenkungspotenziale identifiziert werden.

DFG - Neue Geräte für die Forschung: Genaue, flexible und modulare 6dimensionale additive Fertigungsplattform mit individueller in-situ Analyse (6D-AF2)

Projektpartner:

• Zentrum für Optische Technologien (ZOT) Hochschule Aalen
• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen

Projektzeitraum: August 2020 - Dezember 2023

Projektbeschreibung:

Es soll eine für Forschergruppen frei zugängliche 6dimensionale (3 Raum- und 3 Winkelrichtungen) additive Fertigungsplattform entwickelt werden. Dabei sollen während der Bauphase eine individuelle Strukturierung und eine individuelle Analyse der Probe möglich sein. Das Projekt soll dabei durch die Zusammenarbeit von drei Forschergruppen umgesetzt werden.

BMWI- Strukturierte Anoden für verbesserte Schnellladefähigkeit und Steigerung der Energiedichte von Lithium-Ionenbatterien (Structure-E)

Projektpartner:

• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
• Frauenhover Gesellschaft
• Math2Market GmbH
• Porsche AG
• PreciPoint GmbH
• SGL Carbon GmbH
• Trumpf Laser GmbH
• Volkswagen AG
• Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung BW

Projektlaufzeit: Mai 2019 - Oktober 2022

Projektbeschreibung:

Zur Steigerung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien werden hochkapazitive Elektroden mit hoher Schichtdicke entwickelt. Derartige Elektroden zeigen ein schlechtes Schnellladeverhalten und reduzierte Zyklenstabilität. Das Projekt möchte einen Beitrag zur Auflösung dieses Zielkonflikts leisten. Die Arbeiten konzentrieren sich auf die Anode, da diese als limitierend betrachtet wird. Hierzu werden drei Ansätze zur Strukturierung und Oberflächenmodifikation erforscht:

• Gradierung

• Laserstrukturierung

• Mikroprägen

Die Ansätze werden im Labormaßstab erforscht und bewertet. Parallel dazu werden Algorithmen entwickelt, die es erlauben vorteilhafte Elektrodenstrukturen vorauszusagen und die

Hauptalterungsmechanismen SEI-Bildung und Lithium-Plating gekoppelt zu beschrieben. Daneben wird ein lichtmikroskopisches Verfahren entwickelt mit dem es möglich ist, den Lade- und Entladevorgang In-situ zu verfolgen und Alterungsmodelle zu validieren.

InnovationsCampus Mobilität der Zukunft (ICM) Baden-Württemberg: Optimierte Herstellung anforderungsgerechter weichmagnetischer Komponenten für E-Maschinen durch Kombination ADDitiver und SUBtraktiver Laserprozesse (ADDSUB)

Beteiligte Institute:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) Universität Stuttgart
• Institut für Produktionstechnik (wbk) Karlsruher Institut für Technologie

Projektzeitraum: Juli 2021 – Dezember 2022

Projektbeschreibung:

Zur Steigerung der weichmagnetischen Eigenschaften durch Reduktion von Ummagnetisierungsverlusten sollen additive und subtraktive Verfahren zur Herstellung von innenliegenden Strukturen in additiv gefertigten Statorkomponenten einer Transversalflussmaschine kombiniert eingesetzt werden. Dies soll im Projekt u.a. dadurch erreicht werden, indem während dem additiven Aufbauprozess, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Materialschichten, elektrisch isolierende hochpräzise Mikroholstrukturen durch einen geregelten Abtragprozess unter Verwendung ultrakurzer Laserpulse in die weichmagnetischen Bauteile eingebracht werden.

ZIM Projekt: Entwicklung neuer Schweißstrategien zur Unterdrückung von Heißrissen für endliche Schweißverbindungen durch eine laserbasierte prozessintegrierte Temperierung und hochfrequentes mehrlagiges Wiederaufschmelzen mittels Scanneroptik (LasAlu)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum Hochschule Aalen (LAZ)
• Straka 3D GmbHProjektzeitraum: November 2020 - Dezember 2022

Projektbeschreibung:

Aushärtbare Aluminiumlegierungen bieten neue Leichtbau-Möglichkeiten im Fahrzeug-, Gehäusebau und anderer Konstruktionen, da höhere materialspezifische Eigenschaften bei geringen Blechstärken realisiert werden können. Das Laserschweißen dieser Aluminiumlegierungen führt zu kritischen Heißrissen, die bislang durch das langsame Zulegieren eines Zusatzdraht unterdrückt werden können, was besonders bei Tiefschweißnähten nicht zuverlässig funktioniert.
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuen hochdynamischen Laserschweißverfahrens ohne Zusatzdraht, um die Entstehung von Heißrissen bei Blechpaketdicken > 1,5 mm zu verhindern. Dazu wird der Laserstrahl und dessen Bewegung durch eine laserbasierte prozessintegrierte Temperierung (LPT) und/oder hochfrequentes mehrlagiges Wiederaufschmelzen (HMW) so moduliert, dass die Kristallisationsprozesse in der Schweißzone gezielt manipuliert und optimiert werden. Hier werden individuelle Strategien des neuen LPT-/HMW-Verfahrens für endliche und endlose Schweißnahtgeometrien sowie für unterschiedliche Fügestellengeometrien entwickelt, um einfache und komplexe Bauteile mit dem neuen flexibel anpassungsfähigen Laserschweißverfahren zu fügen.

ZIM Netzwerkprojekt: CAM Software für das flächige 3D-Laserpolieren von Freiform-Geometrien (3D-LaPol)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• CAM-Service GmbH

Projektzeitraum: März 2020 - Februar 2022

Projektbeschreibung:

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Softwarelösung zur offline CAM-gestützten Programmierung von 3D-Laserscanner und 6-Achs-Roboter zur individuellen laserbasierten flächigen Oberflächenbearbeitung an großräumigen Bauteilen mit komplexer 3D-Kontur. Hierzu werden im Rahmen des Projektes Algorithmen für die 3D-Segmentierung, der Erstellung von 3D Schraffuren und der Roboterbahngenerierung entwickelt. Parallel werden dazu Untersuchungen zur Prozessparameterenwicklung für entsprechende segmentierte Schraffurbearbeitungen entwickelt und Prozessgrenzen in als Berechnungsgrenzen in das CAM System eingearbeitet.

ZIM Netzwerkprojekt: Hybride Laser-Feinschneidtechnologie zur Fertigung hochdynamisch belasteter Bauteile aus verschiedenen Materialien (LaserFee)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• RPM Rüster Technologie GmbH

Projektzeitraum: Januar 2020 - Dezember 2021

Projektbeschreibung:

Ziel dieses Projektes ist es, ein Verfahren zur Herstellung von hochdynamisch belasteten Bauteilen durch die Synthese von Feinschneid- und Lasertechnologien zu entwickeln, so dass das fertige Bauteil lokal in einem einzigen Arbeitsschritt hergestellt werden kann. Hierfür wird eine Ausgleichseinheit zum berührungslosen, hochpräzisen Positionieren und ein laserbasierter Härte- und Fügeprozess von martensititsch aushärtbaren Vergütungsstählen entwickelt. Hierbei stellt die Entwicklung von laserbasierten geregelten Temperierungsstrategien zur gezielten Härteeinstellung der Fügeverbindung ein Kernaspekt des Projektes dar

Impulsprojekt InDiMat: Innovative Fügeverfahren und beanspruchungsgerechte Designkonzepte für hybride Leichtbau CFK-Multimaterialverbunde

Projektpartner:

Beteiligte Insitute der Hochschule:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Institut für Materialforschung (IMFAA) Hochschule Aalen
• Gießereitechnologie Aalen (GTA) Hochschule Aalen
• Technologiezentrum Leichtbau (TZL) Hochschule Aalen

Projektzeitraum: Juni 2017 - Mai 2021

Projektbeschreibung:

Leichtbau hat herausragende Bedeutung für Verkehr, Energieversorgung und Industrieautomatisierung. Dabei wird aufgrund der steigenden Bedeutung von Ressourcen- und Energieeffizienz die branchenübergreifende Schlüsseltechnologie Leichtbau für die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands eine wichtige Rolle spielen.

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) gehören zu den vielversprechendsten Leichtbauwerkstoffen. Diese werden häufig als Multimaterialverbund mit breitem Anwendungsspektrum wie z.B. der Fahrzeug-, Luft- und Raumfahrttechnik sowie dem Maschinen-/Anlagenbau realisiert. Derzeit stehen bei diesem hybriden Leichtbau Verbunde aus CFK und Leichtmetallen sowie kosteneffiziente Verfahrensansätze im Fokus.

Hierfür sollen im Rahmen des Impulsprojekts "InDiMat" verschiedene Lösungen erarbeitet werden: Leichtmetalldruckguss zielt auf die prozessintegrierte Erzeugung funktionaler Hohlräume in Gussstrukturen ab, beim hybriden Fügen werden hochfeste, langlebige adhäsiv gefügte Multimaterialverbunde adressiert.

Impulsprojekt AddFunk: Additiv gefertigte funktionale und intelligente Komponenten (Bauteile/Werkzeuge/Sensoren)

Projektpartner:

Beteiligte Insitute der Hochschule:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Institut für Materialforschung (IMFAA) Hochschule Aalen
• Zentrum optische Technologien (ZOT) Hochschule Aalen
• Zentrum für virtuelle Produktentwicklung (ZVP) Hochschule Aalen

Projektzeitraum: Juni 2017 - Mai 2021

Projektbeschreibung:

Additive Fertigung ist eine der Schlüsseltechnologien für die Industrie 4.0 und das Internet der Dinge. Individualisierte Produkte können mit großen Gestaltungsfreiheiten wirtschaftlich hergestellt, neue Geschäftsmodelle und Märkte erschlossen werden. Dadurch hat 3D-Druck disruptives Potenzial. Mit additiven Verfahren werden schon jetzt in einzelnen Branchen die Vorteile dieser Technologie genutzt und Klein- und Kleinstserien wirtschaftlich produziert.

Über die Möglichkeiten zur Anwendung additiver Technologien, sowohl im Kunststoff- wie auch im Metallbereich gibt es jedoch noch große Wissenslücken. Dies betrifft beispielsweise die konstruktive Gestaltung der Komponenten sowie das Verständnis der mechanischen, physikalischen und optischen Eigenschaften und die Möglichkeiten neuartiger Materialkombinationen in Richtung maßgeschneiderter heterogener Materialien (wie z.B. CerMets, Hartmetalle) oder optischer Kunststoffe. Eine weitere zentrale Herausforderung ist die Oberflächenqualität.

Hier setzt das Impulsprojekt „AddFunK“ an und greift die Fragestellungen der Industrie auf: Erforscht wird die Additive Fertigung mit neuen Werkstoffen wie Hartmetallen und optischen Materialien für intelligente Sensoren für cyberphysische Systeme. Im Fokus stehen Funktionsintegration, Oberflächenqualität und -mikrostrukturierung durch Laser.

Exploratives Projekt SurfPlus: Trennmittelfreies Druckgießen durch laserstrukturierte Werkzeugoberflächen (SurfPlus)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Gießereitechnologie Aalen (GTA) Hochschule Aalen

Projektzeitraum: April 2019 – März 2020

Projektbeschreibung:

Der Leichtbau wird hinsichtlich Ressourcen- und Energieeinsatz immer wichtiger, um Kostenvorteile erzielen zu können. Eine wichtige Technologie dafür ist der Aluminiumdruckguss.

Dabei werden immer noch Trennmittel verwendet, um das Anhaften der Aluminiumschmelze an das Bauteil zu verhindern. Sie werden auf das heiße Werkzeug gesprüht, wodurch sich der Werkzeugverschleiß durch hohe Abkühlraten erhöht.

In diesem Projekt soll untersucht werden, in wie weit durch Verwendung von mittels UKP-Laser permanent ins Werkzeug eingebrachter Laserstrukturen („kalte Bearbeitung“) auf Trennmittel verzichtet werden kann.

Vector Stiftung – MINT-Innovationen 2018: Laserbasierter 3D-Druck von Festkörperbatterien (AddBatt)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Institut für Materialforschung (IMFAA) Hochschule Aalen
• Projektzeitraum: Dezember 2018 – Januar 2021

Projektbeschreibung:

Auf der Suche nach Akkumulatoren mit höherer Energiedichte und Sicherheit gelten Festkörperbatterien als vielversprechende Zukunftskandidaten. Neben der Entwicklung geeigneter Materialien sind geeignete Fertigungstechnologien von zentraler Bedeutung. Im Projekt „AddBatt“ soll die prinzipielle Machbarkeit des laserbasierten 3D-Druckens solcher Batterien erforscht werden. Durch diesen Ansatz sollen in erster Linie die Grenzflächeneigenschaften, d.h. Leitfähigkeit und mechanische Stabilität zwischen Feststoffseparator und Feststoffkathode sowie innerhalb der Kathode verbessert – und damit ein Beitrag zur Lösung einer grundlegenden Problematik geleistet werden. Zudem bietet das 3D-Lasersintern das Potenzial, Batterien mit flexibler Geometrie – auch in kleinen Stückzahlen – darzustellen, um spezifische Bauraumanforderungen, z.B. für Aktoren in Industrie 4.0-Applikationen, oder auch komplett gedruckte Bauteile inklusive Batterie, z.B. für mikroelektromechanische Systeme oder medizinische Implantate, realisieren zu können.

ZIM Netzwerkprojekt: Entwicklung von innovativen Multikanal-Drehdurchführungen mit LMD-Beschichtungen für anspruchsvolle Anwendungen (LMD-DrehDuFü)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Christian Maier GmbH & Co. KG
• Projektzeitraum: April 2019 - Dez 2020

Projektbeschreibung:

Ziel des Projekts ist es, eine neue innovative und sehr kompakte Mehrkanaldrehdurchführung für Anwendungen mit Bauraumeinschränkungen zu entwickeln. Durch die innovative kurze Bauform, ermöglicht wiederum durch eine neue innovative Gleitscheibendichtung, können mehr Kanäle auf die Länge umgesetzt werden. Das Ganze wird wesentlich einfacher zu montieren und darüber hinaus werden höhere Drehzahlen ermöglicht. Dies kann jedoch nur umgesetzt werden, indem in der Entwicklung ein neues effizientes und wirtschaftliches Verfahren zur Beschichtung von Drehdurchführungs-Dichtungen mit funktionalen Oberflächen entwickelt wird. Das Verfahren soll dabei auf Grundlage des LMD-Beschichtens basieren, sowie durch eine UKPL-Bearbeitung funktionalisiert werden.

BW-Stiftung: Additiv gefertigte Weichmagnet-Bauteile aus geschichteten Strukturen für effiziente Elektromotoren (AddLAS)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum Hochschule Aalen (LAZ)
• Institut für Materialforschung Hochschule Aalen (IMFAA)
• Projektzeitraum: Mai 2017 - April 2020

Projektbeschreibung:

Effiziente Elektromotoren erfordern weichmagnetische Materialien mit höchster Induktion und geringsten Verlusten. Für hochdrehende Traktionsmotoren in Elektrofahrzeugen kommen heutige Magnetwerkstoffe wegen ihrer Verluste jedoch schnell an ihre Grenzen. Funktional besser geeignete Materialien mit höherem spezifischem elektrischem Widerstand werden wegen der schwierigen Verarbeitbarkeit nicht eingesetzt. Hier bieten innovative Fertigungsverfahren wie pulverbettbasiertes (selektives) Laserschmelzen (SLM – 3D-Druck) eine echte Chance, um Weichmagnete mit optimierten Eigenschaften unter gleichzeitiger Ausnutzung von Komponentenstrukturen direkt in maßge­schneiderte Komponenten für effiziente Elektromotoren zu fertigen. Im Projekt „AddLAS“ wird ausgehend von einem eigenentwickelten Konzept eine automatisierte Prozesskammer als Geräteprototyp aufgebaut. Sie soll zukünftig auch die additive Fertigung von passgenauen Heterostrukturen aus mehreren Materialien ermöglichen. Die neuen additiv gefertigten Werkstoffe werden in ersten Komponenten-Prototypen getestet.

DFG - Neue Geräte für die Forschung: Genaue, flexible und modulare 6dimensionale additive Fertigungsplattform mit individueller in-situ Analyse (6D-AF)

Projektpartner:

• Zentrum für Optische Technologien (ZOT) Hochschule Aalen
• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Projektzeitraum: Juni 2017 - Mai 2020

Projektbeschreibung:

Es soll eine für Forschergruppen frei zugängliche 6dimensionale (3 Raum- und 3 Winkelrichtungen) additive Fertigungsplattform entwickelt werden. Dabei sollen während der Bauphase eine individuelle Strukturierung und eine individuelle Analyse der Probe möglich sein. Das Projekt soll dabei durch die Zusammenarbeit von drei Forschergruppen umgesetzt werden.

ZIM Netzwerkprojekt: Entwicklung eines Diamantwerkzeuges in Form eines Schaftfräsers mit Innovativer Spanform- und Spanleitgeometrie für duktile und schmierende Werkstoffe, sowie eines Simulationstools zur Prozessoptimierung bei der Entwicklung (DIATOOLS)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Zecha Hartmetall-Werkzeugfabrikation GmbH 
• Projektzeitraum: Juni 2017 - Oktober 2019

Projektbeschreibung:

Ziel dieser Entwicklung ist es, ein neues effizientes und wirtschaftli-ches Zerspanwerkzeug in Form eines Schaftfräsers mit maßge-schneiderter Diamantschneidengeometrie für die Trockenzerspanung von duktilen Werkstoffen zu entwickeln. Des Weiteren soll die Entwicklung dazu führen, ein Simulationstool zu erzeugen, mit dem schnell und effizient Werkzeuge mit neuartigen Geometrien simuliert und auf Funktionalität geprüft werden können. Das neuartige Werkzeug soll sich speziell für die Trockenbearbeitung von schwer zerspanbaren, duktilen und schmierenden Werkstoffe wie z.B. bleifreie Kupferlegierungen oder Weichaluminiumlegierungen eignen.

ZIM Kooperationsprojekt: Flexible, energieeffiziente Automatisierungslösung zur Herstellung variantenreicher 3D-Fügeverbindungen für dynamisch, thermisch und korrosiv belastete Bauteile durch ein neuartiges Verfahren des Hochtemperatur-Kapillarspaltlötens mit Laser (enAbLe)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• conntronic Prozess-und Automatisierungstechnik GmbH
• Projektzeitraum: August 2017 - Juli 2019

Projektbeschreibung:

Die angestrebte Automatisierungslösung des HTKS-Lötens basiert auf dem neuartigen Lösungsansatz der Wärmeeinbringung mittels Laser. Die Laserbearbeitung ermöglicht lokal stark eingeschränkte Wärmeeinflusszonen im Werkstück, bei der die berührungslose Strahlführung eine programmierbare, flächige Wärmeinbringung direkt an der Lötstelle ermöglicht. Dadurch wird der Verzug im Vergleich zu anderen thermischen Verfahren minimiert und ein aufwendiges Nacharbeiten oder die Notwendigkeit eines speziellen Werkzeuges als Induktor entfällt (werkzeuglose Bearbeitung). Insbesondere bei variantenreichen Bauteilen kann dadurch flexibel und schnell die Lage oder die Größe der
zu erwärmenden Oberfläche mit angepasster Strahlführung ohne Werkzeug und damit ohne Werkzeugänderung eingestellt werden. Weiterhin können unterschiedliche Baugruppen in einer flexiblen Vorrichtung mit der Lasertechnologie gelötet werden. Das HTKS-Löten mit dem Laserstrahl ermöglicht daher speziell kleinen mittelständischen Unternehmen den Zugang zu diesem Produktionsverfahren, da die neue automatisierte Anlagentechnologie einfach und schnell (vergleichbar einem CNC-Bearbeitungszentren) für die Fertigung unterschiedlichster Produkte bis hin zu kleinsten Stückzahlen eingesetzt werden kann. Hoher Aufwand für Werkzeuge (z.B. Induktoren) oder die Wärmeerzeugung
(Ofen) entfallen bei dem neuen Verfahren.

ZIM Kooperationsprojekt: Entwicklung eines Gesamtsystems zum Laserpolieren von Aluminium-Druckgussteilen mit online Kamera-Analyse und -Steuerung

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum Hochschule Aalen
• hema electronic GmbH
• F.Scholz GmbH

Projektzeitraum: März 2015 - Februar 2017

Projektbeschreibung:

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Gesamtsystems zum Laserstrahlpolieren von Aluminiumoberflächen, vorzugsweise von industrienahen Druckgussteilen, bei gleichzeitiger kamerabasierter Prozessüberwachung und Qualitätssicherung. Mit dem Ziel hoher Flächenraten soll im Gegensatz zu bekannten Laserpolierstrategien mit einem cw-Hochleistungslaser gearbeitet werden. Dazu sind neue Ansätze bei Polierstrategie und Parameterkombination zu entwickeln. Die Kombination Aluminium und Laser Oberflächenbearbeitung ergibt ganz neue Anforderungen an ein Kamerasystem, da z. B. die Wärmestrahlung des erstarrenden AL bisher nicht sichtbar ist. Die von dem Kamerasystem gelieferten Daten sind mit den Oberflächeneigenschaften zu korrelieren. Um Fehlerquellen, die durch die Bildanalyse erkennbar werden, zu beheben, müssen geeignete Fehlerbeseitigungsstrategien entwickelt werden.

BW-Stiftung: Entwicklung von Laser-Bearbeitungsverfahren für den Verbundwerkstoff Hohlkugelstrukturen – LASERHKS

Projektzeitraum: Oktober 2010 - Januar 2014

Projektbeschreibung:

Für den Verbundwerkstoff metallische Hohlkugelstrukturen wurden Laser-Bearbeitungsverfahren entwickelt. Für das Schneiden, das Schweißen und das Bohren wurden geeignete Simulationsmodelle erstellt, die experimentellen Untersuchungen wurden an einem CO2-Laser durchgeführt.

InnovationsCampus Mobilität der Zukunft (ICM) Baden-Württemberg: Temperaturgeregelte in-situ Laser-Wärmebehandlung als Enabler für die Verarbeitung von rissanfälligen, hoch-kohlenstoffhaltigen Stählen in der Additiven Fertigung (AddTemper)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Institut für Produktionstechnik (wbk) Karlsruher Institut für Technologie
• Projektzeitraum: August 2024 - Dezember 2024

Invest BW: Entwicklung einer neuartigen verunreinigungsfreien Elektrolyt-Dosierstation für variable Batteriezelltypen unter Argon-Umgebung mit angepasstem Laserfügeprozess (ElDosBatt)

Projektpartner:

• LaserApplikationsZentrum (LAZ) Hochschule Aalen
• Labor für Leistungselektronik und elektrische Antriebe (LEA) Hochschule Aalen
• VAF GmbH

Projektzeitraum: November 2022 - Februar 2025

Projektbeschreibung:

Bei derzeitigen Fertigungsprozessen von Batteriezellen wird während der Dosierung ausgelaufenes oder anhaftendes Lithium-Ionen-Elektrolyt verschleppt. Der Elektrolyt setzt sich an den Dosierdüsen und den Zellbauteilen ab oder tritt über Dichtungen aus. Dies führt bei den nachfolgenden Schweiß- und Verschlussprozessen zu erheblichen Problemen sowie zur Emission von giftigen und gefährlichen Gasen.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens ELDosBATT soll deshalb eine neuartige Elektrolyt-Dosierstation mit angepasstem Laserfügeprozess entwickelt werden. Im Fokus steht dabei u. a. ein hochgenaues Pumpen- und Befüllsystem, mit dem der Elektrolyt weitgehend verschleppungsfrei und unter Reinraumbedingungen dosiert werden kann. Darüber hinaus soll die gesamte Schweißprozesskette bei Verunreinigungen sowie unter Argon-Atmosphäre analysiert und optimiert werden. Durch die genannten Innovationen soll einerseits die Zellqualität signifikant verbessert sowie deren Lebensdauer verlängert werden.

• Invest BW: Smartes Health-Monitoring von Klebverbindungen durch Dünnschichtsensorik (SmartConn)
• InnovationsCampus Mobilität der Zukunft (ICM) Baden-Württemberg: Design und Fertigung von maßgeschneiderten Multimaterial-Komponenten für zukünftige elektrische Maschinen (FutureM)
• ZIM Projekt: Entwicklung einer pyrometerbasierten temperaturgeregelten Prozessführung für die pulverbettbasierte additive Fertigung (PYRO-LPBF)
• ZIM Projekt: Laserbasierte Veredelung von thermischen Spritzbeschichtungen (LaVetS)
• InnovationsCampus Mobilität der Zukunft (ICM) Baden-Württemberg: Hochgeschwindigkeits-Temperaturerfassung zur Qualitätskontrolle der Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung von Diffusionsmedien für Brennstoffzellen (HoT-Q)