Puls-zu-Puls-Wechselwirkungen beim Ultrakurzpuls-Laserabtrag mit hohen Repetitionsraten

Finger, Johannes-Thomas; Poprapwe, Reinhart (Thesis advisor); Ostendorf, Andreas (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Apprimus Verlag (2017)
Buch, Doktorarbeit

In: Ergebnisse aus der Lasertechnik
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (ii, 153 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Die Verwendung von ultrakurz gepulster Laserstrahlung mit Pulsdauernim Bereich bis ca. 10 Picosekunden ermöglicht sehr präzise Materialbearbeitungbei vernachlässigbarer thermischer Belastung für die bearbeitetenWerkstücke. Während die Bearbeitungsqualität sehr hohen Ansprüchengenügt, ist die geringe Produktivität das Hauptdefizit, das eine breitereindustrielle Anwendung in vielen Bereichen zurzeit noch verhindert.Gegenstand dieser Dissertation ist die Skalierung der Produktivitätbeim UKP-Laserabtrag durch Verwendung großer mittlerer Laserleistungvon mehreren 100 Watt bei hohen Repetitionsraten im Bereich mehrererMegahertz. Dazu werden zunächst die Faktoren und Effekte identifiziertund untersucht, die die Skalierung auf große Produktivität limitieren. BeiVerwendung hoher Repetitionsraten sind diese limitierenden Effekte vorallem Wärmeakkumulation und Abschirmung durch Plasma oder Partikel.Zu diesen beiden Effekten wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit einsemi-empirisches Modell entwickelt, das die Auswirkung von Wärmeakkumulationund Abschirmung auf die erzielte Produktivität beschreibenkann. Experimentelle Untersuchungen bestätigen die hohe Relevanz derbeiden Effekte beim UKP-Laserabtrag mit hohen Repetitionsraten. Soführt Wärmeakkumulation bei kleinem räumlichem Abstand zwischen aufeinanderfolgendenPulsen zur Ausbildung von Schmelze und sehr rauenOberflächenstrukturen, die für die meisten Anwendungen nicht akzeptiertwerden können. Abschirmende Effekte verkleinern die erzielte Produktivitätum bis zu 50 % und müssen bei der Prozessskalierung zwingend berücksichtigtwerden. Durch Abgleich von experimentellen Ergebnissen mit dementwickelten Modell können abschirmende Effekte und Wärmeeintrag durchfundamentale, quantifizierbare Größen beschrieben werden.Auf Grundlage des gewonnenen Prozessverständnisses kann für die Bearbeitungvon dem in dieser Arbeit betrachteten Werkstoff Inconel 718 einedeutliche Steigerung der Produktivität auf eine Abtragrate von mehr als30mm3/min erzielt werden. Neben dem Ansatz schneller Scantechnik zurNutzung der hohen Repetitionsraten, wird ein neuer Ansatz präsentiert.Hierbei wird Wärmeakkumulation gezielt ausgenutzt um auch mit konventionellen,hochflexiblen Galvanometerscannern eine vergleichsweise großeAbtragrate bei guter Oberflächenqualität zu realisieren.

Identifikationsnummern