Neue Beschichtungsverfahren
Laserprozesse ermöglichen PFAS-freie Funktionsschichten
Wissenschaftler am Fraunhofer Institut für Lasertechnik entwickeln neuartige Laserverfahren, um PFAS-freie Funktionsschichten industriell herzustellen.
Laserbasierte Fertigung statt Materialtausch
Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) stehen wegen ihrer Umwelt- und Gesundheitsrisiken zunehmend unter regulatorischem Druck. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelt deshalb in mehreren Forschungsprojekten laserbasierte Verfahren, mit denen sich PFAS-freie Funktionsschichten auf Metallbauteilen, Gleitlagern, Dichtungen und Elastomerwalzen herstellen lassen. Im Mittelpunkt stehen die Projekte RePEEK, EPOS, LEMBAS und pureWaterSeal.
Dabei geht es nicht allein um den Ersatz der Werkstoffe. Nach Angaben des Instituts entscheidet vor allem das Fertigungsverfahren darüber, ob alternative Materialien die erforderlichen Eigenschaften wie Verschleißschutz, geringe Reibung oder Antihaftwirkung erreichen. Laser bringen die notwendige Energie lokal und zeitlich begrenzt ein, wodurch temperaturempfindliche Bauteile geschont und energieintensive Ofenprozesse vermieden werden können.
PEEK-Beschichtungen für stark belastete Bauteile
Im Projekt RePEEK entwickelt das Fraunhofer ILT ein Hybridverfahren, bei dem zunächst eine strukturierte Metallschicht laserbasiert aufgetragen und anschließend PEEK-Pulver lokal aufgeschmolzen wird. Dadurch entsteht eine feste Verbindung zwischen Metall und Kunststoff. Das Verfahren richtet sich unter anderem an Anwendungen wie Gleitlager, Dichtungen, Kolben und Magnetventile.
Das Folgeprojekt EPOS untersucht den mehrlagigen Aufbau von PEEK-Beschichtungen auf großformatigen Gleitlagerkomponenten. Ziel ist es, größere Schichtdicken ohne vollständiges Erwärmen der Bauteile zu realisieren. Industriepartner bringen dabei ihre Erfahrung bei Beschichtungsprozessen und Werkstoffanalysen ein.
Beschichtungen für Elastomerwalzen
Im Projekt LEMBAS entwickelt das Institut gemeinsam mit Industriepartnern PFAS-freie Antihaftschichten für Elastomerwalzen, die unter anderem in der Folien-, Papier- und Verpackungsindustrie eingesetzt werden. Statt silikonbasierter Beschichtungen kommen Hochleistungspolymere wie PEEK, Polyamid oder Polypropylen zum Einsatz. Laser schmelzen die Beschichtung lokal auf, ohne das temperaturempfindliche Elastomer zu beschädigen.
PFAS-freie Dichtungen mit wasserbasierten Schmierstoffen
Das Projekt pureWaterSeal kombiniert PFAS-freie Dichtungen mit wasserbasierten Schmiermitteln. Grundlage sind diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC), die anschließend laserbasiert mikrostrukturiert werden. Dadurch sollen Reibung und Verschleiß sinken sowie die Lebensdauer der Dichtungen steigen. Erste Prototypen werden bereits in Pumpen von Geothermiekraftwerken getestet. Weitere Anwendungen sind unter anderem in Fahrzeugen, Schiffen und Windkraftanlagen vorgesehen.
Laser als Schlüsseltechnologie
Nach Einschätzung des Fraunhofer ILT gelingt der Ausstieg aus PFAS nur durch das Zusammenspiel geeigneter Ersatzwerkstoffe und angepasster Fertigungsprozesse. Laserverfahren ermöglichen dabei die gezielte Verarbeitung unterschiedlicher Schichtsysteme für verschiedene industrielle Anwendungen – von Gleitlagern über Walzen bis hin zu Dichtungssystemen.
