{"id":64144,"date":"2025-07-18T00:01:03","date_gmt":"2025-07-17T22:01:03","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=64144"},"modified":"2025-07-17T14:06:21","modified_gmt":"2025-07-17T12:06:21","slug":"cambridge-lasergestuetztes-kaltgasspritzen-180720251","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/cambridge-lasergestuetztes-kaltgasspritzen-180720251\/","title":{"rendered":"Cambridge entwickelt lasergest\u00fctztes Kaltgasspritzen mit Potenzial f\u00fcr Luft- und Raumfahrtanwendungen"},"content":{"rendered":"

Das Zentrum f\u00fcr Industrial Photonics<\/strong> (CIP) des Institute of Manufacturing (IfM) an der Cambridge Universit\u00e4t<\/strong> hat eine neue Technologie entwickelt: Laser-Assisted Cold Spray<\/strong> (LACS, auf Deutsch: lasergest\u00fctztes Kaltgasspritzen). Das Team argumentiert, dass LACS eine Verbesserung zu den bereits vielfach verwendeten Kaltspritz-Technologien<\/a> darstellt. Zudem zeigte das Team bereits die Effektivit\u00e4t ihrer neuen Technologie in der Luft-und Raumfahrt<\/strong> auf.<\/p>\n

Vor der Entwicklung des neuen Verfahrens verwendete das IfM-Team Stickstoff als Tr\u00e4gergas f\u00fcr das Pulver. Doch sie stellten schnell fest, dass bei der Arbeit mit hochfesten Materialien wie Titan- und Aluminiumlegierungen die Verwendung von Helium f\u00fcr eine optimale Abscheidung unerl\u00e4sslich ist. Projektleiter Professor Bill O’Neill erkl\u00e4rte: \u201eDas liegt daran, dass Helium aufgrund seines geringeren Molekulargewichts h\u00f6here Partikelgeschwindigkeiten beim Kaltgasspritzen erm\u00f6glicht, was die Aufprallenergie erh\u00f6ht und die Haftung auf dem Substrat verbessert<\/em>.\u201c<\/p>\n

Die Verwendung von Helium stellte jedoch ein Problem dar: Es kostet etwa 80 Pfund<\/strong> pro Betriebsminute, und selbst bei modernsten Recyclingma\u00dfnahmen konnten nur etwa 85 % des Heliums zur\u00fcckgewonnen werden. Au\u00dferdem schr\u00e4nkten die Recyclinganlagen die Gr\u00f6\u00dfe der herzustellenden Teile stark ein, da sie in eine Kammer mit begrenzter Gr\u00f6\u00dfe zum Auffangen des \u00fcbersch\u00fcssigen Heliums passen mussten. Den Forschern war klar, dass sie eine realistischere L\u00f6sung als ein Helium-Recycling-System finden mussten – diese \u00dcberlegungen f\u00fchrte das Team schlie\u00dflich zu Lasern<\/strong> als L\u00f6sungsansatz f\u00fcr ihr Problem<\/p>

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Wie lasergest\u00fctzes Kaltgasspritzen funktioniert<\/h2>\n
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  • Eine Kaltstrahld\u00fcse<\/strong> tr\u00e4gt einen \u00dcberschall-Pulverstrom aus Feststoffpulvern<\/strong> auf<\/li>\n
  • Ein Laser erhitzt die Beschichtungsstelle<\/strong>, wodurch die Flie\u00dfspannung des Substrats verringert wird, was zu einer st\u00e4rkeren Verbindung zwischen den Materialien f\u00fchrt, ohne dass ein Schmelzen erforderlich ist<\/li>\n<\/ul>\n
    \"LACS\"

    Ein Laserstrahl erhitzt die Beschichtungsstelle f\u00fcr den Pulverstrom<\/p><\/div>\n

    <\/div>\n

    Vorteile gegen\u00fcber anderen Kaltspritz-Methoden<\/h2>\n

    LACS \u00fcberwindet die Hochtemperatur- und Materialbeschr\u00e4nkungen vergleichbarer Techniken. Die Vorteile umfassen:<\/p>\n

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    • Kostenreduzierung<\/strong> durch die Ausschlie\u00dfung von Helium aus dem Prozess;<\/li>\n
    • Verbesserte Haftung<\/strong> und Abscheidungseffizienz, was zu st\u00e4rkeren Beschichtungen als beim herk\u00f6mmlichen Kaltgasspritzen f\u00fchrt – besonders wichtig f\u00fcr hochfeste Werkstoffe wie Titan und hochschmelzende Metalle;<\/li>\n
    • Die Struktur des Pulvers<\/strong> bleibt erhalten, da die Abscheidung mit einer geringeren Partikelgeschwindigkeit erfolgt – ein Vorteil f\u00fcr Materialien mit speziellen Eigenschaften, die leicht besch\u00e4digt werden k\u00f6nnen, wie z. B. nanostrukturierte Beschichtungen und Seltenerdmagnete;<\/li>\n
    • Verbesserte Materialkompatibilit\u00e4t<\/strong>, die die Abscheidung von h\u00e4rteren und anspruchsvolleren Materialien erm\u00f6glicht, die beim herk\u00f6mmlichen Kaltgasspritzen in der Regel schlecht haften<\/li>\n
    • Geringere Eigenspannungen und Porosit\u00e4t<\/strong> dank des W\u00e4rmeeintrags des Lasers;<\/li>\n
    • Minimale thermische Beeinflussung des Substrats<\/strong>, Vermeidung von Phasenumwandlungen oder Verformungen, im Gegensatz zu herk\u00f6mmlichen thermischen Spritzverfahren;<\/li>\n
    • Geschwindigkeit<\/strong>, mit Beschichtungen, die mit bis zu 10 kg pro Stunde aufgetragen werden k\u00f6nnen.<\/li>\n
    • Niedrigere Temperaturen<\/strong> im Gesamtprozess, da der Prozess mit Hilfe des Lasers bei niedrigeren Gastemperaturen betrieben werden kann, z. B. 400-700 oC, im Vergleich zu bis zu 1200 oC beim Kaltgasspritzen, was den Stromverbrauch senkt und die Systemkonstruktion vereinfacht<\/strong>;<\/li>\n
    • Die Feinabstimmung der Beschichtungseigenschaften<\/strong> durch die Herstellung von ma\u00dfgeschneiderten Pulvern erm\u00f6glicht es, spezielle Eigenschaften wie Magnetismus, Festk\u00f6rperschmierung und erh\u00f6hte Verschlei\u00dffestigkeit in die Ablagerungen einzubringen;<\/li>\n
    • Lokale Steuerung der Eigenschaften<\/strong> durch die Kornzusammensetzung, die es erm\u00f6glicht, die Spannungen an den Grenzfl\u00e4chen zwischen unterschiedlichen Materialien zu verringern.<\/li>\n<\/ul>\n

      Lasergest\u00fctztes Kaltgasspritzen in der Luft-und Raumfahrt<\/h2>\n

      Die Luft- und Raumfahrt erfordert hohe Pr\u00e4zision, hohe Festigkeit und relativ geringe St\u00fcckzahlen. Durch die bedarfsgerechte Herstellung hochwertiger Beschichtungen und Komponentenreparaturen bringt das LCAS ein hohes Potenzial f\u00fcr die Verl\u00e4ngerung der Lebensdauer von Flugzeugen mit sich. Lasergest\u00fctztes Kaltgasspritzen bietet eine nachhaltige<\/strong>, kosteng\u00fcnstige<\/strong> und effiziente<\/strong> L\u00f6sung f\u00fcr die Branche. Herk\u00f6mmliche Reparaturtechniken, wie z. B. Schwei\u00dfen, sind f\u00fcr Hochleistungsanwendungen ungeeignet, da die f\u00fcr das Zusammenkleben von neuem und altem Material erforderliche Hitze die Festigkeit und Zuverl\u00e4ssigkeit des Teils beeintr\u00e4chtigt.<\/p>\n

      Weitere Anwendungsm\u00f6glichkeiten<\/h2>\n

      Da das lasergest\u00fctzte Kaltgasspritzen Nutzern die M\u00f6glichkeit bietet, die Materialeigenschaften individuell anzupassen, bietet die Technologie ein breites Spektrum an Anwendungsm\u00f6glichkeiten. O’Neill nannte die folgenden Beispiele:<\/p>\n

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      • Herstellung von Leichtbaukomponenten<\/strong> f\u00fcr Elektrofahrzeuge und die Luft- und Raumfahrt<\/li>\n
      • Schaffung von Wasserstoffspeichersystemen<\/strong><\/li>\n
      • Verbesserte Wartung von Windkraftanlagen<\/strong><\/li>\n
      • Herstellung energieeffizienter Batterien<\/strong> und Brennstoffzellenkomponenten<\/li>\n
      • Entwicklung fortschrittlicher W\u00e4rmetauscher<\/strong> f\u00fcr industrielle Energieeinsparungen und von Katalysatorbeschichtungen<\/strong> f\u00fcr die Kohlenstoffabscheidung<\/li>\n<\/ul>\n

        \u201eDie potenziellen Anwendungen f\u00fcr LACS sind grenzenlos und wir sind motiviert, eine Technologie zu liefern, die den \u00dcbergang zu einer abfallfreien Produktion erheblich unterst\u00fctzen kann, sowohl durch eine effizientere, abfallarme Produktionstechnologie als auch durch die T\u00fcren, die sie f\u00fcr die nachhaltige Produktentwicklung \u00f6ffnet\u201c<\/em>, sagte O’Neill.<\/p>\n