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07.03.2019

Laser vereint Glas mit Metall

pte20190306002 Forschung/Technologie, Produkte/Innovationen

Schweißen 2.0: Laser vereint Glas mit Metall

Pikosekunden-Pulse könnten Fertigung laut Wissenschaftlern künftig revolutionieren

(pte002/06.03.2019/06:05) - Forschern der Heriot-Watt University http://hw.ac.uk haben ein Schweiß-Verfahren entwickelt, das mithilfe eines Infrarot-Laser-Systems Glas und Metall verbindet. Dabei kommen gezielte Pikosekunden-Laserpulse zum Einsatz. "Glas und Metall verschweißen zu können, wird ein großer Schritt vorwärts für Fertigung und Gestaltungsfreiheit sein", ist Duncan Hand, Direktor des EPSRC Centre for Innovative Manufacturing in Laser-based Production Processes http://cim-laser.ac.uk , überzeugt.

Unterschiedliches verbinden

"Traditionell war es aufgrund ihrer thermischen Eigenschaften sehr schwer, unterschiedliche Materialien wie Glas und Metall zu verschweißen", sagt Hand. Daher kommen in der Praxis oft Klebstoffe zum Einsatz, wenn für Produkte Glas und Metall verbunden werden. Doch dabei können sich Bauteile mit der Zeit gegeneinander verschieben und aus dem Kleber austretende Chemikalien können die Lebensdauer senken. Ein Prozess, mit dem sich Glas und Metall gut verschweißen lassen, ist also wünschenswert - und eben den wollen Hand und Kollegen gefunden haben.

"Der Prozess setzt auf die unglaublich kurzen Pulse des Lasers", erklärt Hand. Diese dauen nur wenige Pikosekunden (also Billionstelsekunden). "Die zu verschweißenden Teile kommen in engen Kontakt und der Laser wird durch das optische Material fokussiert, um am Übergang zwischen den Materialien einen sehr kleinen, hochintensiven Punkt zu schaffen", beschreibt der Forscher. Die Spitzenleistung betrage mehr als ein Megawatt auf einer Fläche von einigen Mikron. "Das schafft ein Mikroplasma, wie ein winziger Kugelblitz, im Material, umgeben von einer sehr begrenzten Schmelzzone."

Vielseitig und sehr zuverlässig

Mit dem Verfahren ist es den Forschern zufolge gelungen, verschiedene optische Materialien wie Quarz-, Borosilikat- und auch Saphirglas mit unterschiedlichen Metallen wie Aluminium, Titan und rostfreiem Stahl zu verschweißen. "Wir haben die Schweißnähte von minus 50 bis 90 Grad getestet und sie blieben intakt - also wissen wir, dass sie beständig genug für extreme Bedingungen sind", betont Hand. Das Verfahren könnte also für diverse Bereiche von der Luftfahrt über die Rüstungsindustrie und optische Technologien bis hin zum Gesundheitssektor interessant sein.