Neues Projekt zum Thema "Entwicklung einer Prozess- und Anlagentechnologie zur gezielten tribologischen Oberflächenfunktionalisierung mittels Femto-Pulse-Forging unter Ausschluss gesundheitsgefährdender Röntgenemissionen – PATRIORE"

10.06.2022 - Kategorie: Forschung & Entwicklung

Übersicht über die Gesundheitsgefährdung des operativen Personals bei unzureichender Abschirmung der Röntgenstrahlung bei der Verwendung ultrakurzer Laserpulse im GHz-Burst-Modus. Die Gesamtintensität pro Burst liegt bei diesem Beispiel bei 1.014 W/cm2 bei einfacher Flächenbestrahlung. Der Messabstand zum entstehenden Plasma beträgt 42 cm (typischer Personenabstand).
Die Grenzwerte für beruflich exponierte Personen sind eine maximale Jahresdosis von 20 Millisievert nach § 78 und eine maximale Berufsdosis von 400 Millisievert nach § 77 Strahlenschutzgesetz.

Obwohl Laserbearbeitungsprozesse im Burst Modus seit nunmehr fast 20 Jahren wissenschaftlich untersucht werden, haben u. a. erst die Arbeiten der Forschungsgruppe Laserpulsabscheidung dünner Schichten & Lasermikrostrukturierung von Prof. Steffen Weißmantel sowie der ACSYS Lasertechnik GmbH dazu geführt, dass seit wenigen Jahren die Vorteile von MHz-Bursts auch in industriellen Laserapplikationen (z. B. für die Mikrostrukturierung von Werkzeugkavitäten, Schneidkanten und Prägestempeln) genutzt werden können.

Eine weitere Erhöhung der Intra-Burst-Frequenz in den GHz-Bereich sowie eine Verringerung der Pulsdauer in den Femtosekundenbereich bietet immenses Potential für die Oberflächenfunktionalisierung medizinischer Implantate und der Verschleißminimierung an Laufflächen von Lagern sowie der Optimierung der Spanflächen von Werkzeugen.

Ab 01.07.2022 beschäftigen sich die beiden Projektpartner in einem neuen ZIM-Projekt mit dem Thema "Entwicklung einer Prozess- und Anlagentechnologie zur gezielten tribologischen Oberflächenfunktionalisierung mittels Femto-Pulse-Forging unter Ausschluss gesundheitsgefährdender Röntgenemissionen – PATRIORE".

Neben der Erforschung der genannten Laserverfahren liegt ein Schwerpunkt auf der im Vergleich zu konventionellen Ultrakurzpuls-Laserprozessen signifikant erhöhten Emission von Röntgenstrahlung bei der Materialbearbeitung mit solchen Lasersystemen, wie sie von Daniel Metzner et al. in der im Journal of Laser Applications erschienenen Publikation "X-ray generation by laser ablation using MHz to GHz pulse bursts" beschrieben wird. So werden entsprechende Sicherheitskonzepte realisiert und somit die Vorgaben des Strahlenschutzgesetzes in maschinenbaulicher und auch organisatorischer Hinsicht umgesetzt. Ziel ist es, dem Endkunden als Betreiber einer Ultrakurzpulslaseranlage, welche nunmehr als "Anlage zur Erzeugung ionisierender Strahlung" definiert wird, die maximale Sicherheit beim Anlagenbetrieb zu liefern und bestmöglich beim Anzeigeverfahren unterstützen zu können.