Ausgangslage

Innerhalb des Bündnis LASER.region.AACHEN existieren zahlreiche etablierte laserbasierte Produktionsverfahren etwa Laser Powder Bed Fusion (LPBF), Laserschweißen, Laserreinigung und Laseroberflächenbearbeitung, die bislang überwiegend isoliert eingesetzt werden und nur in Einzelfällen sequentiell kombiniert sind, ohne dass deren technologischen Schnittstellen systematisch untersucht wurden. Dadurch fehlen ein strukturierter Überblick über verfügbare Technologien, ein Verständnis zu Informations- und Datenschnittstellen sowie belastbare Lösungen für Probleme wie Eigenspannungen, Verzüge, Oberflächenrauhigkeit und metallurgische Fehler, die den wirtschaftlichen Einsatz kombinierter Prozessketten und eine koordinierte Zusammenarbeit der regionalen Akteure erschweren.

Ansatz

Das Gesamtvorhaben LrA‑KoLa gliedert sich in zwei komplementäre Handlungsstränge: Erstens wird eine digitale Prozesslandkarte aufgebaut, in der alle im Bündnis verfügbaren Laserprozesse, Anlagen, Materialien, Prozessparameter und Kombinationsmöglichkeiten systematisch über Fragebögen, Interviews und Datenanalysen erhoben und über eine Online‑Plattform mit Filterfunktionen zugänglich gemacht werden. Zweitens werden technische Prozessketten exemplarisch aufgebaut, indem ein praxisnahes Demonstratorbauteil (Fahrrad‑Hinterradschwinge) entwickelt wird, das nur durch die Kombination von LPBF, Laseroberflächenbearbeitung (Reinigen/Umschmelzen) und Laserschweißen – insbesondere im Vakuum (LaVa‑Prozess) wirtschaftlich und funktionsgerecht hergestellt werden kann, und an dem die kritischen Schnittstellen experimentell untersucht und optimiert werden. Hierzu gehören umfangreiche Versuchsreihen zur Eigenspannungsreduktion im LPBF (Variation von Volumenenergiedichte, Scanstrategien, Vorwärmung, Lösungsglühen, Schichtdicke, Spotgröße), zur 3D‑Bahnplanung für Laserreinigung/polieren mit robotergeführten Optiken sowie zur Schweißnahtqualität und ‑verzugskontrolle bei der Verbindung additiver und konventioneller Komponenten.

Ergebnisse

Auf strategischer Ebene soll eine funktionsfähige, stetig wachsende Prozesslandkarte entstehen, die Unternehmen innerhalb und perspektivisch auch außerhalb der LASER.region.AACHEN als „One‑Stop‑Shopping“-Werkzeug dient, um passende Partner, Verfahren und komplette laserbasierte Prozessketten inklusive typischer Schnittstellenherausforderungen zu identifizieren. Technologisch werden ein validiertes Prozesskettenkonzept für kombinierte Laserverfahren, konkrete Parameterfenster zur Eigenspannungsreduktion und zum verzugsarmen Schweißen von LPBF‑Bauteilen, experimentell abgesicherte Strategien zur laserbasierten Vorbereitung von Fügeflächen sowie ein demonstrierter hybrider Fertigungsweg (Hinterradschwinge LPBF + konventionelles Halbzeug) angestrebt, um die industrielle Skalierbarkeit solcher Prozessketten zu belegen. Darüber hinaus sollen die Ergebnisse in weitere Anwendungsfelder wie elektrifizierte Antriebsstränge, Wasserstoffwirtschaft, Leichtbau und Nachhaltigkeit übertragbar sein, neue Forschungsvorhaben (z. B. LrA‑In3D zur 3D‑Bahnplanung) vorbereiten und langfristig zusätzliche Wertschöpfung und Marktchancen für die beteiligten Unternehmen, insbesondere in Automobil‑, Glas‑, Optik‑, Energie‑ und Medizintechnik erschließen.