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Professor Jean Pierre Bergmann und sein Forschungsteam von der Technischen Universität Ilmenau haben den Thüringer Forschungspreis 2026 in der Kategorie „Angewandte Forschung“ gewonnen. Mit den Forschungsarbeiten zum Schweißen mit Hochleistungslasern gelang es dem Team des Fachgebiets Fertigungstechnik, den durch ungewollte Spritzer verursachten Masseverlust eines Werkstücks um über 90 Prozent zu reduzieren, was für verarbeitende Betriebe weniger Ausschuss, niedrigere Kosten für die Nacharbeit und eine nachhaltigere Produktion bedeutet. Der Thüringer Forschungspreis wird seit 1995 vom Freistaat Thüringen in den Kategorien „Grundlagenforschung“ und „Angewandte Forschung“ vergeben.
Die Photonik-Industrie ist in Thüringen ein wirtschaftliches Schwergewicht. Kein anderer Standort in Deutschland bietet eine vergleichbare Dichte an Spezialisten für Optik, Lasertechnik, Produktionstechnik und Präzisionstechnologien. Mit 195 Unternehmen, einen Umsatz von vier Milliarden Euro und fast 20.000 Beschäftigten in Industrie und Forschung zählt die Photonik zu einem der wichtigsten Wirtschaftsbranchen in Thüringen. Doch beim Schweißen mit Hochleistungslasern – etwa in der Automobil- oder Medizintechnik – gab es für die Industrie bislang ein großes Problem: Will man schneller schweißen, um effizienter zu produzieren, steigt die Zahl der Fehler sprunghaft an. Besonders gravierend: Spritzer. Diese winzigen, flüssigen Metallpartikel werden aus dem Schmelzbad geschleudert, zerstören die Oberfläche des Fertigungsteils und machen aufwändige und teure Nacharbeiten nötig.
Dem Forscherteam um Professor Jean Pierre Bergmann, Leiter des Fachgebiets Fertigungstechnik an der TU Ilmenau, gelang es mit einem neuartigen Schweißverfahren, den Masseverlust durch Spritzer um über 90 Prozent zu reduzieren. Für die kleinen und mittleren Betriebe des verarbeitenden Gewerbes, die Thüringen prägen, bedeutet das weniger Ausschuss, niedrigere Kosten und eine nachhaltigere Produktion.
Um Spritzer beim Laserschweißen zu verhindern, musste das Forscherteam der Ilmenauer Fertigungstechnik zunächst verstehen, was während des Schweißvorgangs im Inneren des Werkstücks passiert, dort, wo das Auge nicht hineinschauen kann. Aber modernste Techniken wie Hochgeschwindigkeitskameras, Bildverarbeitung und Simulationen – und der Teilchenbeschleuniger der European Synchrotron Radiation Facility im französische Grenoble, eine europäische Forschungseinrichtung, die wie ein riesiges, extrem starkes Mikroskop funktioniert. Mit hochenergetischer sogenannter Synchrotronstrahlung – dem weltweit intensivsten Röntgenlicht, das milliardenfach heller ist als herkömmliche Röntgengeräte – kann sie Materie durchleuchten und die Struktur von Atomen und Molekülen bis ins kleinste Detail sichtbar machen.
In hochauflösenden Scans bekamen die Ilmenauer Forscher die extrem schnellen Vorgänge im Inneren der Dampfkapillare, der winzigen, mit Metalldampf gefüllten Kanäle, die beim Tiefschweißen entstehen, in Echtzeit zu sehen. Die Aufnahmen zeigten: Spritzer entstehen durch ein komplexes Zusammenspiel von Metalldampf, Schmelzbadwellen und instabilen Kapillaren. Mithilfe von computergestützten Strömungssimulationen gelang es dem Forschungsteam erstmals, ein vollständiges Modell dieser Mechanismen zu entwickeln.
Dieses tiefe Verständnis der Prozesse, die sich beim Laserschweißen im Innern des Werkstücks abspielen, erlaubte es den Forschern, gezielte Gegenmaßnahmen gegen die Spritzerbildung zu entwickeln. Intelligente Strahlprofile, etwa mit überlagerten Strahlenformen, verlangsamen die Schmelzbadströmungen und erleichtern so das Entweichen von Metalldampf, eine der Ursachen für die ungewollten Spritzer. Zudem positionierten sie Gasdüsen so präzise, dass die Wechselwirkung zwischen Gas und Schmelze zu einer Reduzierung der Spritzer führte.
Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten und ein daraus abgeleitete Patent „made in Thüringen“ wurden bereits in Fachzeitschriften veröffentlicht, sodass High-Tech-Laser in der Industrie weltweit präziser, effizienter und kostengünstiger arbeiten.
Prof. Jean Pierre Bergmann
Leiter Fachgebiet Fertigungstechnik
+49 3677 69-2981
jeanpierre.bergmann@tu-ilmenau.de
Die Sieger des Thüringer Forschungspreises in der Kategorie „Angewandte Forschung“, Prof. Jean Pierr ...
Source: Thomas Abé
Copyright: TU Ilmenau
Prof. Jean Pierre Bergmann am Hochleistungslaser
Source: Michael Reichel
Copyright: TU Ilmenau
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars, Students, all interested persons
Materials sciences, Mechanical engineering
transregional, national
Contests / awards
German
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