Günstiger und schneller als mit der Hand lassen sich mit dem Laser Metalloberflächen polieren. Deren besondere Qualitäten lernen Anwender jetzt schätzen.
Wer bei polierten Werkzeugen oder Metallteilen allein auf die Rauheit der Oberfläche schaut, übersieht womöglich die Vorteile eines neuen Verfahrens: Mit dem Laserpolieren haben Forscher vom Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT sehr gute Erfahrungen gemacht, auch wenn sie damit keine Bestmarken bei der Rauheit setzen.
Gebündelte Laserstrahlen schmelzen bei diesem Verfahren die Metalloberfläche gezielt auf. „Weil sich die Oberfläche einer Flüssigkeit immer glatt zieht, sind die Spuren des Fräsens verschwunden, sobald die Schmelze erstarrt“, erläutert ILT-Mitarbeiter Dr. Edgar Willenborg. Für seine Dissertation über das Laserpolieren haben ihn der Düsseldorfer Industrie-Club und das dortige Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen mit dem Wissenschaftspreis 2006 ausgezeichnet.
Ähnlich wie beim Polieren von Hand, gehen die Aachener beim Glätten der Oberfläche schrittweise vor: Im ersten Schritt schmelzen sie Standard-Werkzeugstahl oder Titan bis in eine Tiefe von 50 bis 70 µm auf. Im letzten Arbeitsgang, der nur die obersten 1 bis 2 µm betrifft, verschwinden auch kleine Unebenheiten. Danach ist die Oberfläche mindestens um den Faktor 20 glatter als vorher, im Labor ist sogar der Faktor 65 zu erreichen. „Das zeigt, welches Potenzial noch im Verfahren steckt“, sagt der Preisträger.
Mit den Resultaten der „Handwerkskunst“ eines erfahrenen Polierers kann sich der automatisierte Prozess zwar nicht messen. „Es gibt aber viele Anwendungen“, erläutert der Aachener, „in denen nur auf mittlere Qualität poliert werden muss.“ Nicht-Sichtflächen von Spritzgussformen gehören dazu oder Oberflächen, die für den Einsatz in der Medizintechnik oder der Lebensmittelbranche vor allem zu glatt für Bakterien sein müssen. „Bei solchen Anwendungen sind wir schneller und damit günstiger als jeder Handpolierer.“ Der veranschlagt pro Quadratzentimeter polierten Titans je nach Geometrie 5 bis 10 min Arbeitszeit, weil das Material dazu neigt, zu verschmieren. Der Laser glättet diese Fläche in vergleichbarer Qualität hingegen in 3 s, wie Willenborg anhand seiner Untersuchungen an ebenen Flächen belegen kann.
Derzeit arbeitet die Gruppe mit Industriepartnern an einer Maschine, mit der auch dreidimensionale Werkstücke poliert werden können. Kugelkalotten und einfache Geometrien haben sie schon im Griff, und die ersten Maschinen sollen 2007 verkauft werden. „Sichtflächen von Spritzgussformen mit dem Laser zu polieren, wird die Königsdisziplin sein“, sagt der Ingenieur. Viele Interessenten aus dieser Branche haben sich bereits gemeldet. Bis sie das Verfahren nutzen können, wird aber noch einiges an Verbesserungen erforderlich sein.
Erste Praxis-Projekte erwartet Willenborg in den Bereichen Medizintechnik und Lebensmittelindustrie. Denn die laserpolierte Oberfläche ist anders strukturiert als handpolierte Flächen. Beim Rauheitswert schneidet sie zwar schlechter ab, weil sie noch kleinste Wellen aufweist. Dafür fehlen ihr aber die winzigen scharfen Kanten oder Riefen, die die Schleifpaste des Handpolierers hinterlässt. In diesen finden Mikroorganismen Halt – während sie auf den laserpolierten Wellen beim einfachen Abspülen baden gehen.
Dr. Birgit Oppermann birgit.oppermann@konradin.de
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