Synchrone Qualitäts- und Produktivitätssteigerung beim Laserstrahlbohren

Dietrich, Jens; Poprawe, Reinhart (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2013)
Doktorarbeit

Kurzfassung

Die gleichzeitige Erzeugung von qualitativ hochwertigen Bohrungen bei großer Produktivität ist beim schmelzdominierten Perkussionsbohren nicht möglich. Die Qualität ist aufgrund der Schmelz- und Oxidschichten an den Bohrungswänden von mehreren hundert Mikrometern klein. Risse von der Schmelz- und Oxidschicht bis in den Grundwerkstoff entstehen. Schmelzspritzer um den Bohrungseintritt und Bartbildung am Austritt, eine mangelnde Rundheit und Zylindrizität sowie eine kleine Reproduzierbarkeit haben ebenfalls einen negativen Einfluss auf die Qualität der Bohrungen. Um die Qualität und die Produktivität beim Laserstrahlbohren synchron zu steigern, werden zwei Strategien verfolgt: 1. Durch eine angepasste Prozessgasstrategie sollen Schmelz- und Oxidschichten, sowie Häufigkeit und Länge von Rissen reduziert werden. Hierfür werden grundlegende Prozessgasuntersuchungen durchgeführt, indem die Prozessgasart und der –druck, der Düsenabstand sowie der Düsendurchmesser variiert werden, um Auswirkungen auf Qualität und Produktivität zu identifizieren und zu quantifizieren. Aufbauend auf den grundlegenden Untersuchungen wird eine Prozessgasführung entwickelt, in der eine zeitliche Kombination der Prozessgase Argon und Sauerstoff eingesetzt wird, um jeweils die produktiven und qualitativen Bereiche der einzelnen Prozessgase zu nutzen. Die zeitliche Kombination der Prozessgase führt zu einer Reduzierung der Bohrzeit von bis zu 33% und einer Verkleinerung von Schmelz- und Oxidschichten von bis zu 66%.2. Neue Strahlquellen (diodengepumpte Faserlaser) unterscheiden sich im Vergleich zu konventionellen blitzlampengepumpten Strahlquellen bezüglich örtlicher und zeitlicher Intensitätsverteilung (z.B. kleineres Strahlparameterprodukt oder Rechteckpulse). Der Einfluss der örtlichen und zeitlichen Intensitätsverteilung wird auf die Qualität und die Produktivität untersucht. Durch den Einsatz eines Faserlasers mit entsprechender örtlicher und zeitlicher Intensitätsverteilung wird eine bessere Reproduzierbarkeit, Zylindrizität sowie Rundheit der Bohrungseintritte bei größerer Produktivität erzielt. Beide Strategien führen zu einer synchronen Qualitäts- und Produktivitätssteigerung und können zur Fertigung von Bohrungen mittels Laserstrahlung eingesetzt werden.

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