STELLAR

Projekte

Surface Texturing with Laser for Large Areas with Riblets – STELLAR

Die Forschungshypothese für STELLAR ist, dass geometrisch angepasste Riblet-förmige Oberflächenstrukturen die Energieeffizienz und damit die Leistungsfähigkeit und Funktionalität von technischen Oberflächen in turbulenten Strömungen wesentlich verbessern. Dies soll im Projekt durch die Profilierung technischer Oberflächen entweder durch Laserdirektgravur von Riblet-Strukturen oder durch die Nachbildung bzw. das Replizieren von lasergefertigten inversen Riblet-Profilen in industrierelevanten Kunststoffen im Spritzguss- und Heißpressverfahren nachgewiesen werden. Die in STELLAR durchgeführten Untersuchungen betreffen insbesondere Rotations- und Querstromanwendungen, wobei die laserprofilierten Oberflächen abschließend an einem Propeller und in Rohren als Realbeispiele mit hohem Innovationspotenzial im Energiemaschinenbau erprobt werden sollen. Im Einzelnen sind von STELLAR innovative Lösungsvorschläge für die Energieerzeugung und -gewinnung auf Basis energieeffizienter laserbasierter Verfahren zu erwarten, die wiederum den European Green Deal durch erschwingliche saubere und energieeffiziente Energietechnologien (Sustainable Development Goals – SDG 7) und die Forschung zu nachhaltigen Energiespeichertechnologien (SDG 9) unterstützen. Das Forschungsprojekt ist somit der erste gesamtheitliche Ansatz, der die komplette Innovationskette, beginnend von der Riblet-Simulation, über die Riblet-Fertigung mit laserbasierten energieeffizienten Technologien, der Riblet-Prüfung sowie der Skalierung und Vervielfältigung der funktionalen Riblet-Strukturen mit Massenproduktionsverfahren bis hin zur Validierung der speziellen Wirksamkeit von lasergefertigten Riblet-förmigen Oberflächen in realen Anwendungen abbildet.

Die in diesem Vorhaben avisierten strömungsangepassten Riblets heben sich dabei von bislang eingesetzten Riblets mit konstanten geometrischen Abmessungen (Riblet-Höhe, Riblet-Breite, Riblet-Abstand) ab, die sich zwar einfacher fertigen lassen, jedoch entlang von überströmten Oberflächen aufgrund sich kontinuierlich verändernder Strömungsbedingungen nur einen Kompromiss hinsichtlich ihrer Strömungswiderstand-reduzierenden Wirkung darstellen. Strömungsangepasste Riblet-Profile zeichnen sich durch optimal auf die spezifischen Strömungsverhältnisse von realen umströmten Oberflächen zugeschnittene, sich kontinuierlich ändernde geometrische Abmessungen aus, wodurch im Vergleich zu Riblets mit konstanten Abmessungen eine gesteigerte Reduktion des Strömungswiderstands erwartet wird. Hier spielt der Laser als flexibles Werkzeug seine Vorteile gegenüber konkurrierenden Fertigungsverfahren (z.B. Schleifen, Gravierfräsen) aus, die bislang nur Riblet-Profile mit konstanten geometrischen Abmessungen zuließen.

Das Hauptziel von STELLAR ist die Bereitstellung einer sauberen, flexiblen und umweltfreundlichen laserbasierten Oberflächenprofilierungstechnologie für die Massenproduktion von strömungsoptimierten Riblet-Strukturen auf technischen Oberflächen, die Innovationen und neue Lösungen im Bereich der kohlenstoffarmen und sauberen Energietechnologien fördern wird, um den europäischen Green Deal und die SDGs der Vereinten Nationen zu unterstützen.