High-Power Systemtechnik

 

Motivation

Das größte Defizit, das die UKP-Bearbeitung im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren aufweist ist die vergleichsweise geringe Produktivität, die von der verwendeten mittleren Laserleistung bestimmt wird. In den letzten Jahren wurden UKP-Laserstrahlquellen mit mittleren Leistungen bis in den kW-Bereich entwickelt, die prinzipiell eine erhebliche Produktivitätssteigerung für UKP-Prozesse in Aussicht stellen. Bei vergleichsweise großen mittleren Leistungen treten allerdings auch bei Verwendung von UKP-Laserstrahlung thermische Effekte auf, die die Vorteile der UKP-Bearbeitung entscheidend einschränken können.

 

Vorgehen

UKP-Parallelbearbeitung mit mehreren Teilstrahlen. Urheberrecht: Fraunhofer ILT, Volker Lannert UKP-Parallelbearbeitung mit mehreren Teilstrahlen.

Die mittlere Leistung und damit auch die Produktivität von gepulsten Strahlquellen kann entweder über die Pulsenergie oder über die Pulsfolgefrequenz (auch „Repetitionsrate“) skaliert werden. Um die vergleichsweise großen mittleren Leistungen umzusetzen die thermische Beeinflussung zeitgleich gering zu halten kommen neue optische Konzepte und Strahlablenkungen zum Einsatz. Bei der Skalierung der mittleren Leistung über die Pulsenergie kann die Laserstrahlung durch spezielle optische Elemente in mehrere Teilstrahlen zerlegt werden und so eine simultane Bearbeitung mit mehreren Laserfoki realisiert werden. Bei Skalierung durch Vergrößerung der Pulsfolgefrequenz werden schnelle Scantechniken wie Polygonscanner oder akusto-optische Deflektoren eingesetzt um eine Aufheizung des Werkstücks durch die zeitlich schnell aufeinanderfolgenden Laserpulse zu verhindern. Ein weiterer untersuchter Ansatz besteht darin für die Bearbeitung einen zweistufigen Prozess auszuführen bei dem in einem ersten Prozessschritt bei Verwendung großer mittlerer Leistung eine gewisse thermische Beeinflussung in Form eines Schmelzfilms toleriert wird, der dann in einem optionalen Nachbearbeitungsschritt durch Verwendung vergleichsweise kleiner mittlerer Leistung entfernt wird.

 

Publikationen

Hochgeschwindigkeitsabtrag mit Polygonscanner. Urheberrecht: Fraunhofer ILT Hochgeschwindigkeitsabtrag mit Polygonscanner.

J. Finger, 2015: High power ultra-short pulse laser ablation of IN718 using high repetition rates

J. Finger, 2014: Effect of pulse to pulse interactions on ultra-short pulse laser drilling of steel with repetition rates up to 10 MHz

 

Links

Innovationscluster Adam

 

Jahresberichte

Prozessbeschleunigung beim Laserabtrag mit Multistrahloptiken

Lasermaterialbearbeitung mit Schallgeschwindigkeit