Grundlagen & Simulation

Kontakt

Name

Benedikt Bornschlegel, M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Telefon

work
0241 8040 416

E-Mail

E-Mail
  Schematische Darstellung des schmelzbasierten und verdampfungsbasierten Materialabtrags beim Laserstrahlbohren. Urheberrecht: © Lehrstuhl für Lasertechnik LLT, RWTH Aachen University. Schematische Darstellung des schmelzbasierten und verdampfungsbasierten Materialabtrags beim Laserstrahlbohren.

Beim Laserbohren kann zwischen zwei verschiedenen Prozessen zum Materialabtrag unterschieden werden, der schmelzbasierte und verdampfungsbasierte Materialabtrag (siehe Bild XXX). Im schmelzbasierten Abtragsregime, die Intensität der Laserstrahlung liegt in der Größenordnung < 108 W/cm². Durch die Bestrahlung mit der Laserstrahlung wird das Material primär aufgeschmolzen und nur ein kleiner Anteil des aufgeschmolzenen Materials wird verdampft. Der Verdampfungsanteil führt zur Bildung eines Dampfdrucks, durch den die Schmelze vom Bohrgrund zur Seite beschleunigt wird. Diese folgt dabei der Bohrwand und wird anschießend aus der Bohrung ausgetrieben. Beim verdampfungsbasierten Materialabtrag ist die Intensität der Laserstrahlung mit 1012 W/cm² deutlich größer. Dadurch wird das Material direkt größtenteils verdampft und erzeugt daher nur einen vernachlässigbar kleinen Anteil an Schmelze. Durch diesen Bohrprozess kann im Vergleich zum schmelzbasierten Bohrprozess eine deutlich größere Präzision erreicht werden, allerdings zu Lasten einer deutlich geringeren Abtragrate.

Je nach benötigter Präzision oder Produktivität kann zwischen unterschiedlichen Bohrprozessen ausgewählt werden. Beim Einzelpulsbohren wird mit jedem Laserpuls eine Bohrung erzeugt und wird häufig in Kombination mit einem on-the-fly-Prozess angewendet. Hierbei wird die Bohroptik mit einer konstanten Geschwindigkeit über das Bauteil bewegt und währenddessen die Pulse abgegeben. Auf diese Weise können bis zu mehreren hundert Bohrungen in der Sekunde erstellt werden.

Beim Perkussionsbohren wird eine Abfolge von Laserpulsen auf die gleiche Stelle zur Erzeugung der Bohrung verwendet. Hier sind die erreichbaren Bohrungsdurchmesser und Tiefen größer im Vergleich zum Einzelpulsbohren und auch die Präzision der Bohrungsdurchmesser ist höher.

Das Trepanierbohren kann als Feinschneidprozess angesehen werden. Zu Beginn wird mittels Perkussionsbohren eine Durchgangsbohrung erstellt. Anschließend wird dann die Bohrung durch Abfahren der Bohrungskontur ausgeschnitten. Mit entsprechender Anlagentechnik können mit diesem Verfahren auch Freiformbohrungen über eine 5-Achs Bewegung erzeugt werden.

Das Wendelbohren wurde vor allem für die Nutzung (ultra-)kurzen Laserpulsen entwickelt. Hier wird die Bohrung in mehreren Umfahrten schichtweise ausgeschnitten oder abgetragen. Außerdem kann bei industriell verfügbaren Wendelbohroptiken auch der Anstellwinkel der Laserstrahlung angepasst werden, wodurch eine gewünschte Konizität der Bohrung eingestellt werden kann. Aufgrund der geringeren Abtragrate werden mittels Wendelbohren aber typischerweise nur Mikrobohrungen erstellt.

  Einteilung der Bohrverfahren. Urheberrecht: © Lehrstuhl für Lasertechnik LLT, RWTH Aachen University. Einteilung der Bohrverfahren.