„CleanRemote“ schützt beim Lasern vor gefährlichem Mikrostaub

Saubere Lunge mit Laserprozessabsaugung

Das Fraunhofer IWS hat in einem Forschungsprojekt untersucht, wie sich gesundheitsschädliche Emissionen beim Laser-Remoteverfahren verhalten und effizient abgesaugt werden können.

Das Laser-Remote-System bewegt den Laserstrahl mit bis zu 10 m/s über das Bauteil. Die Oberfläche des Metalls wird dadurch gereinigt und mit einer Furchenstruktur versehen. In diese Furchen kann beim nachfolgenden thermischen Fügen oder Anspritzen der Kunststoff eindringen und sich verankern. So entstehen stabile Kunststoff-Metall-Hybridverbindungen. / Bild: Fraunhofer IWS Dresden

In der Autoindustrie werden Bauteile häufig mit Laser-Remoteverfahren bearbeitet – dabei entstehen allerdings gesundheitsschädliche Emissionen. Wissenschaftler des Dresdner Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS haben sich im Rahmen des IGF-Forschungsprojektes „CleanRemote“ mit diesem Problem beschäftigt. Per Absaugvorrichtung verringern sie Partikel und Gase in der Luft.
„Die Bearbeitung erfolgt mit einer hohen Intensität von mehreren Kilowatt innerhalb von wenigen Sekunden. Dabei entstehen gesundheitsschädliche Emissionen in Gestalt von kleinen Partikeln und Gasen“, erklärt Annett Klotzbach vom Fraunhofer IWS in Dresden. Im Rahmen des IGF-Forschungsprojektes „CleanRemote“ hat die Leiterin der Gruppe Kleben und Faserverbundtechnik sich in den vergangenen Jahren mit der Thematik befasst. Jetzt liegen konkrete Ergebnisse vor.

Absaugung verringert Gesundheitsrisiken
Eine Absaugvorrichtung soll das Risiko für Anlagenbediener verringern. Besonders wenn die Fertigungsanlage geöffnet und neu bestückt wird, können Partikel austreten und die Lungen der Bediener schädigen. Ausgangspunkt für die Forschung war die Frage, in welche Richtung sich die kleinen Partikel bewegen, die mit bloßem Auge kaum zu sehen sind. „Das kann recht unterschiedlich sein, weil manche Partikel größer sind als andere. So haben die großen mehr kinetische Energie und fliegen deshalb höher“, sagt Annett Klotzbach.

Hinzu komme, dass der Laser mit Hilfe von kippbaren Spiegeln innerhalb von Millisekunden von einer Position zur anderen springe, was die Berechnungen kompliziert gestaltet habe. „Unsere Partner vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie der TU Dresden haben daher am Computer ein Strömungsmodell entwickelt, damit wir die Partikelflugbahn nachvollziehen können. Mit diesen Daten haben wir schließlich die Absaugvorrichtungen optimiert“, sagt Annett Klotzbach. Neben gezielt angeordneten Absaughauben haben die Wissenschaftler zusätzlich einen sogenannten Querjet eingebaut. „Für Teilchen, die sich weit weg von den Absaughauben befinden, brauchen wir diesen. Sie werden so von einer Seite zur anderen geblasen und dann abgesaugt.“ Restverschmutzungen würden zudem per CO2-Schneestrahlverfahren beseitigt, erläutert die Wissenschaftlerin.

Arbeits- und Umweltschutzauflagen erfüllen
Zweieinhalb Jahre lang hat Annett Klotzbach mit ihrem Team und dem Kooperationspartner an dem Projekt gearbeitet. Nun sollen die Erkenntnisse der Wirtschaft zugutekommen, wo die Laser-Remotebearbeitung beispielsweise eine wichtige Rolle spielt, wenn der Stahlrahmen eines Autositzes verschweißt wird oder eine metallische Oberfläche gereinigt und angeraut werden muss, um Karbonteile einzukleben. „Die Laser-Remotebearbeitung mit Hochleistungslasern wird weiter Einzug halten, insbesondere bei kleinen und mittelständischen Unternehmen. Sie können von unseren Forschungsergebnissen profitieren, um die arbeits- und umweltschutzrechtlichen Auflagen bestmöglich zu erfüllen“, sagt Annett Klotzbach. Mitte Juni wird sie das Verfahren auf der Messe „Laser World of Photonics“ in München vor einem Fachpublikum erstmals öffentlich präsentieren.