Feinstaub bei der Ultrakurzpulslaser-Materialbearbeitung

Vorhabenbeschreibung:

Ziel ist die Schließung wesentlicher Wissenslücken bzgl. der Feinstaubfreisetzung aus der Prozesszone bei der Materialbearbeitung mit Ultrakurzpulslasern (UKPL) sowie der Partikelausbreitung im Arbeitsbereich und der Partikeldeposition auf Bauteil- und Anlagenoberflächen. Daraus sollen Möglichkeiten zur Emissionsreduzierung durch Optimierung der Strömungsverhältnisse im Bearbeitungsraum inkl. gezielter Zuluft- und Abluftführung und ggf. durch Beeinflussung der Partikelagglomeration abgeleitet werden. Als wesentlicher Untersuchungsbaustein wird die toxikologische Wirkung des nanopartikelhaltigen UKPL-Staubes analysiert, um die tatsächliche Gefährdung beurteilen zu können. Betrachtet werden UKPL-Prozesse an offenen und geschlossenen Anlagen inkl. Vor- und Nachbereitung. Der Fokus liegt auf der Bearbeitung metallischer und keramischer Werkstoffe. Neben der Messung der Emissionsquellstärken sowie der orts- und zeitaufgelösten inhalativen Exposition gegenüber Gesamtstaub, Partikelgrößenfraktionen und chemischen Bestandteilen abhängig von den UKPL-Bearbeitungsparametern erfolgt die theoretische Evaluierung der partikelhaltigen Fluidströmungen mittels CFD-Simulation. Dabei werden geometrische Elemente zur Strömungsbeeinflussung berücksichtigt. Die toxikologischen Analysen erfolgen an UKPL-Staubproben durch in-vitro Exposition gegenüber humanen Alveolarepithelzellen und Bestimmung der Zellvitalität. Die angestrebten Ergebnisse dienen der Erarbeitung UKPL-prozessspezifischer Maßnahmen für einen optimierten Gesundheitsschutz sowie die Reduzierung des Aufwands für Bauteilnachbearbeitung und UKPL-Anlagenreinigung von Staubablagerungen. Davon profitieren interessierte KMU, indem sie einerseits die Arbeitssicherheit in ihren Unternehmen verbessern und andererseits die Qualität hergestellter mikrostrukturierter Bauteile steigern sowie Betriebs- und Wartungskosten senken. Aus der Toxikologie kann sich eine Empfehlung zur Überprüfung relevanter Expositionsgrenzwerte ergeben.