ENGINEERINGNET.BE -. Het Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT) in Aken vond er iets op: een cycloonfilter met miljoenen gaatjes van nauwelijks 10 micrometer diameter om de microplastics tegen te houden.
De gaatjes boort ILT in stalen folies van 200 micrometer dik (0,2 mm) met een ultrakorte puls pico- of femtosecondelaser. De technologie zal te zien zijn op Laser World of Photonics in München (26 to 29 april 2022).
In het “SimConDrill”-project bundelde Fraunhofer ILT de krachten met industriële partners om een onderhoudsvrije filter te bouwen die microplastics tegenhoudt in de afvalwaterzuivering. De uitdaging bestond er in om zo snel en zo veel mogelijk zo klein mogelijke gaatjes in een staalfolie te boren, aldus project manager Andrea Lanfermann.
In dit project, dat BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) financierde, ontwikkelde Fraunhofer ILT het proces. Experts van LaserJob boorden daarop 59 miljoen gaatjes met een diameter van 10 micrometer in een filterfolie. Projectcoördinator KLASS Filter plaatste de lasergeperforeerde metaalfolies in zijn gepatenteerde cycloonfilter en testte die. Voorts zijn ook Lunovu en OptiY betrokken.
Het boren van miljoenen gaatjes vergt tijd. Met een multibeam-proces, waarbij één laserbundel uitgesplitst wordt in een matrix van identieke bundels, kan het sneller. Fraunhofer ILT gebruikte dit proces, om met een ultrakortepulslaser (TruMicro 5280 Femto Edition), tegelijkertijd gaten te boren met 144 stralen. Het zal het vermogen van de laser verder optrekken. Daarmee zou het misschien nog meer stralenbundels kunnen ontdubbelen.
In een eerste test haalde de filter het fijne poeder van 3D-printers uit afvalwater. De opstelling wordt nu onder reële omstandigheden getest in een afvalwaterzuiveringsinstallatie.
Tegelijk werkt een consortium van zes partners aan het integreren van zo’n multi-beam systeem in een industriële machine. In het EU-project "Multiflex" (dat in de lente van 2019 van start ging binnen het Horizon 2020 programma en er 4,7 miljoen euro steun toegewezen kreeg voor drie jaar) verhogen onderzoekers samen met de industrie de productiviteit van op scanners gebaseerde materiaalverwerking met behulp van multi-beam laserprocessen. De partners zouden eerst een 1 kW laser ontwikkelen om tot 1 mJ pulsenergie te leveren, hetzij bij een herhalingsfrequentie van 1 MHz, hetzij in burst modus met minder dan 20 ns pulsscheiding.
Het bijzondere van dit project is dat alle deelbundels -aanvankelijk gingen de researchers voor 60 deelbundels- afzonderlijk kunnen worden aangestuurd om eender welke oppervlaktestructuur te produceren. De projectpartners -waaronder het Belgische en Franse Lasea, de Franse Amplitude en AA Opto-Electronic en de RWTH Aachen Universiteit- willen de snelheid van het proces met een factor twintig tot vijftig verhogen, wat het hele proces ook kostenefficiënter maakt.
Belangrijk is het in de hand houden van het vermogen van de laser. Als je die opschaalt tot in het kilowattbereik, groeit immers het risico om het werkstuk thermisch te beschadigen. Via simulaties kan men processen op voorhand al bijsturen.
Het applicatielaboratorium van Fraunhofer ILT in Aken, dat beschikt over de lasersystemen voor dergelijke experimenten, is deel van het Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS, waar 13 Fraunhofer-instituten laserstraalbronnen, procestechnologie en toepassingen voor USP-laservermogens tot 20 kW ontwikkelen. Er is een tweede CAPS-laboratorium bij Fraunhofer IOF in Jena.
ACHTERGROND
Met elektronenstralen (electron beam) bestaat er al langer een dril- of boortechnologie die ingezet wordt voor de productie van (metalen of keramische) filters. Afhankelijk van vermogen en materiaal kan een elektronenstraal per seconde tot wel 5.000 gaten van 0,1 mm diep schieten in een metalen plaat/folie.
Moet het 8 mm diep, dan haalt de technologie nog vijf gaten per seconde of 300 per minuut. De straaldiameter van 0,1 mm is echter tien keer groter dan wat Fraunhofer ILT nu uit zijn ultrakorte puls laser trekt. Miljoenen gaten schieten in metaal vergt hoe dan ook tijd. Door het uitsplitsen van de laserstraal is het mogelijk het productieproces vele malen te versnellen.
