Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines gepulsten Multimode Faserlasers mit Pp größer als 100 kW und Pulsdauern von 50-100ns" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH durchgeführt. Im Zuge der Bestrebungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen spielt die Verwendung von leichten und steifen Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) eine erhebliche Rolle. Dies gilt insbesondere für elektrisch betriebene Fahrzeuge, da das Gewicht der Batterien durch eine leichtere Karosserie kompensiert werden muss. FVK lassen sich jedoch nicht mit Fügetechniken der klassischen Metallbauweise verbinden, bzw. weisen dann erhebliche Nachteile auf, die das Leichtbaupotential verringern. Eine mögliche Lösung besteht im Einsatz des Klebens als Fügetechnik für diese Werkstoffe. Um die Beständigkeit der Verbindung sicherzustellen müssen sowohl Verfahren zur Vorbehandlung der Oberfläche sowie zur zerstörungsfreien Prüfung der geklebten Verbindung entwickelt werden. Weder zur Vorbehandlung noch zur zerstörungsfreien Prüfung von Klebeverbindungen existieren derzeit Prozesse bzw. Verfahren, die den hohen Anforderungen einer Serienfertigung im Automobilbau bzgl. Reproduzierbarkeit, Prozessgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit genügen.Ziel des Projektkonsortiums ist es, den genannten Herausforderungen durch den Einsatz von gepulster Laserstrahlung mit Prozess-angepasster Wellenlänge zu begegnen. Dieser Ansatz ermöglicht es zwei wesentliche Vorteile zu verbinden: die kostengünstige Verfügbarkeit sehr robuster und zuverlässiger Festkörperlaser, deren Strahlung mit geringem Verlust durch optische Fasern geführt, und somit gut in automatisierten Prozessen verwendet werden kann. Der Einsatz der Frequenzkonversion direkt am Bearbeitungskopf ermöglicht es dann, den zweiten wesentlichen Vorteil, die hohe Absorption des Matrixmaterials des FVK im UV oder IR-B Bereich auszunutzen. Diese ist wesentlich für das Abtragergebnis bei der Laservorbehandlung und für die effiziente Energieeinkopplung bei der zerstörungsfreien Prüfung. Diese Vorteile können nur genutzt werden, wenn es im Projekt gelingt, neue Multimode-Faserlaser im Leistungsbereich von mehreren kW, sowie entsprechend effiziente Module zur Frequenzkonversion zu entwickeln, und diese in enger Zusammenarbeit mit den Anwendern der Technologie für die Oberflächenvorbehandlung und die Anregung zur zerstörungsfreien Prüfung anzupassen.Gegenüber derzeit eingesetzten Verfahren zur Klebevorbehandlung wie z.B. dem Schleifen weist die Laserbearbeitung erhebliche Vorteile auf. Durch die berührungslose Bearbeitung ist der Prozess verschleißfrei und es erfolgt keine Beeinflussung des Abtrags durch den Anpressdruck. Die Abtragprodukte werden durch die Laserstrahlung verdampft und können abgesaugt werden, so dass keine Nachreinigung notwendig ist. Zudem ist der Prozess durch die Möglichkeit den Laser durch eine optische Faser zu führen gut automatisierbar, da der Applikationskopf mit geringem Aufwand an einem Roboter montiert werden kann.Die Ergebnisse des Projektes können direkt bei der Audi AG zur Klebvorbehandlung und zerstörungsfreien Prüfung von Klebverbindungen eingesetzt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung eines Hochleistungs-NOPOs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Venteon Laser Technologies GmbH, Research and Development durchgeführt. Im Verbund OPTIMUS soll die Problematik der Trinkwasser-Überwachung und Analyse durch eine auf Raman-Spektroskopie basierende Nachweis- und Überwachungsmethode gelöst werden. Hierzu muss eine neuartige Laserquelle (nicht-kollinearer optisch-parametrischer Oszillator, NOPO) erforscht werden. Dieser Hochleistungs-NOPO erlaubt durch die weite Durchstimmbarkeit die schnelle Aufnahme von Raman- oder CARS-Spektren und kann so sehr viele Informationen über die im Wasser gelösten Stoffe simultan liefern. Durch die hohe Leistung und schnelle Durchstimmbarkeit kann erstmals auch ein großes Volumen im Durchfluss untersucht werden, womit eine Dauerüberwachung möglich wird. Kernelement des Hochleistungs-NOPO wird dabei ein gegenüber Umwelteinflüssen stabiler Pumplaser sein (Faseroszillator und -verstärker), der genügend Pumpleistung bei 520 nm (größer als 8 W) zur Verfügung stellt, um eine hohe Ausgangsleistung von mehreren hundert Milliwatt aus dem durchstimmbaren NOPO im Bereich von 650 - 900 nm zu erhalten. Neben der Realisierung und der Leistungsskalierung einer robusten Pumpquelle, liegt vor allem in der Skalierung der Ausgangsleistung des NOPOs ein sehr hoher Forschungsaufwand. Innerhalb der ersten 3 Quartale wird ein Faserlaser realisiert, der ultrakurze Laserpulse für das Pumpen eines durchstimmbaren NOPOs erzeugt. In den folgenden drei Quartalen wird die Leistung des Oszillators in einem innovativen Faserverstärker auf ca. 20 W verstärkt. Anschließend werden die Pulse zeitlich komprimiert und frequenzverdoppelt. Nach der vollständigen Realisierung des Pumplasersystems wird innerhalb von drei Quartalen ein durchstimmbarer NOPO aufgebaut und die Möglichkeit zur Erzeugung von möglichst geringen Bandbreiten erforscht. Abschließend werden Systemtests und Applikationstest durchgeführt und das System weiter verbessert.
Das Projekt "Teilvorhaben: High Power single fiber-Faserlaser mit integrierter Prozesssensorik für Mischverbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH durchgeführt. Ziel ist die Realisierung einer 'rückreflexionsharten', hocheffizienten 8kW Strahlquelle mit einer Modulierbarkeit von größer 10 kHz für das Fügen von Mischverbindungen. Der Anwender erhält ein breites Parameterfeld zur Manipulation der Phasenausbildung und eine integrierte Prozessüberwachung. Gemeinsam mit den Projektpartnern werden anfangs erste gangbare, 8 kW Faserdesigns erarbeitet. Parallel dazu erfolgt der Aufbau von zwei Versuchsträgern. Der erste wird mit reduzierten Spezifikationen zur Anwendungserprobung ausgeliefert und dann stufenweise aufgewertet. Die weiteren Forschungsarbeiten finden zeitgleich am zweiten Versuchsträger statt, um so Verzögerungen bei den Anwendern zu vermeiden. Zudem finden Untersuchungen zur Stabilität der neuen Faser- und Resonatordesigns statt, die dann in neue Fasergenerationen eingehen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung hochleistungsstabiler dotierter Quarzgläser und Fasern auf Basis der Pulver-Sinter-Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. durchgeführt. 1. Vorhabensziel: Für die speziellen Anforderungen des Leichtbaus sollen Laserfasern auf der Basis alternativer Erstellungsverfahren, vorrangig der Pulver-Sinter-Technologie (REPUSIL-Technologie) und gegebenenfalls der MCVD-Gasphasentechnologie, mit definiertem Eigenschaftsprofil realisiert werden. Diese neuartigen Fasern lassen sich mit etablierten Verfahren wie der MCVD-Technologie nicht, bzw. nur mit eingeschränktem Eigenschaftsprofil erstellen. Das neue Eigenschaftsprofil umfasst Fasern mit bis zu 100 Mikro m Kerndurchmesser, geringer Numerischer Apertur (0.06), höchster Kernhomogenität (Delta n 0,2-10-4), definierter Brechzahlstruktur, niedriger Dämpfung und nicht zuletzt einer hohen Langzeitstabilität bis in den Leistungsbereich von 8 kW. Diese grundlegenden Untersuchungen sollen direkt an den Industriepartner Heraeus überführt werden, welcher dann im industrierelevanten Maßstab diese Fasern verfügbar macht. 2. Arbeitsplanung: Nach der Simulation der Faserparameter schließt sich die Untersuchung der verschiedenen Materialtypen, vorrangig nach dem Pulver-Sinter- Verfahren (REPUSIL-Technologie), für die Realisierung von zwei Varianten von Laserfasern an. Aus diesen Materialien werden Laserfasern erstellt und umfassend in Bezug auf Dämpfung, Brechzahl, Brechzahlhomogenität, mechanische Spannung und Photodarkening /Degradation untersucht. Schließlich werden spezielle Fasercoatings appliziert, welche eine bessere Wärmeleitung erwarten lassen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Multi-kW Dioden/Faser-Hybridlaser für simultane Schneid- und Entfestigungsanwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH durchgeführt. Für das Kombinationsverfahren wird eine hybride Laserstrahlquelle bestehend aus einem Diodenlaser und einem Faserlaser für simultane Schneid- und Entfestigungsanwendungen bei der im Leichtbau wichtigen Werkstoffklasse der hochfesten, pressgehärteten Stähle entwickelt. Dabei ist der Faserlaser durch die auf sehr kleine Spotdurchmesser fokussierbare Laserstrahlung für die Schneidanwendung prädestiniert. Die reine Diodenlaserstrahlung eignet sich dagegen hervorragend für die Laserwärmebehandlung zur Entfestigung der Schnittkante oder von Fügezonen, wo große Spotgeometrien und hohe Leistungen erforderlich sind. Separat sind diese Strahlquellen derzeit schon kommerziell verfügbar, die Neuartigkeit besteht in dem hybriden Aufbau. Das heißt, es gibt nur ein Lasersystem, welches die unterschiedlichen Strahlqualitäten von Faserlaser und Diodenlaser getrennt oder simultan liefern kann. Da die Diodenlaser in diesem Hybridlaser sowohl direkt als auch als Pumplichtquelle für den Faserlaser eingesetzt werden, ergänzen sich die beiden Laserarten bezogen auf die Anwendung in idealer Weise. Für den Anwender ergeben sich daraus geringere Investitions- und Betriebskosten, da nur ein System anzuschaffen, zu betreiben und zu unterhalten ist.
Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchungen zum Einfluss des Faserziehprozesses auf das Laserverhalten von Dickkernfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von fiberware Generalunternehmen für Nachrichtentechnik GmbH durchgeführt. Im Teilvorhaben wird der Einfluss der Faserziehparameter auf die Lasereffizienz der verzogenen XLMA-Dickkernfasern untersucht. Die Vorformen (Preformen) der XLMA-Dickkernfasern werden mit dem neuartigen REPULSIL-Verfahren hergestellt. Gegenüber dem MCVD-Verfahren (schichtweiser Aufbau und Dotierung der Vorform) erlaubt das REPULSIL-Verfahren die Herstellung von Vorformen mit sehr großen Dotierungsquerschnitten. Den geometrischen Abmessungen der Faservorform sind kaum Grenzen gesetzt. Durch die neue REPULSIL-Technologie ist eine andere mikroskopische Struktur gegenüber Lichtwellenleitern, deren Vorform mittels MCVD-Verfahren hergestellt wurde, zu erwarten. Ein Ziel besteht also darin, die Längshomogenität der gezogenen Faser optisch zu prüfen. Für XLMA-Dickkernlaserfaser sind eine Vielzahl von Faserzugparametern (Ziehgeschwindigkeit, Temperatur, Abzugskraft) noch unerforscht und deren Auswirkungen auf die Lasereffizienz noch nicht bekannt. Im geplanten Teilvorhaben werden daher verschiedene, innovative Diagnoseverfahren für den Faserziehprozess entwickelt. Mit dem im Teilvorhaben geplanten Diagnostikverfahren wird erstmalig die Grundlage für einer umfangreiche Datenprotokollierung in Faserziehprozessen gelegt, die wiederum einen wesentlichen Beitrag zur Qualitätssicherung und zur Betriebs- und Produktsicherheit von gezogenen XLMA-Dickkernfaser (Stichwort: Hochleistungslaser!) für nachgeschalteten Prozessketten leistet. Aufbauend auf den Diagnostikverfahren wird eine Screening-Einheit entwickelt und aufgebaut werden mit der Fehler der Faser ortsaufgelöst im Faserzug markiert werden können.
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