Robustheitsanalyse des Laserstrahlwendelbohrens

Aachen / Apprimus (2019) [Buch, Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (viii, 162 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Das Laserstrahlwendelbohren, basierend auf einem rotierenden Dove-Prisma, wird seit 12 Jahren im Rahmen aktueller Forschungen in diversen Institutionen sowie im industriellen Einsatz erprobt. Der Prozess des Laserstrahlwendelbohrens ermöglicht einen hochpräzisen Abtrag bei vollständig kontrollierbarer Bohrungsgeometrie. Damit lassen sich sowohl Bohrungsdurchmesser als auch das Verhältnis von Eintrittsdurchmesser zu Austritts-durchmesser einstellen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Quantifizierung und Optimierung der Prozessfähigkeit des Laserbohrprozesses für eine definierte Referenzgeometrie. Der Prozess des Laserstrahlwendelbohrens wird untersucht, um ein fundiertes Verständnis des Prozesses zu erlangen und ihn somit stabiler, sicherer und reproduzierbar auslegen zu können. Hierzu werden zwei Ansätze verfolgt. Innerhalb eines ersten Optimierungsansatzes wird die Parametereinstellung zur Erzeugung der Referenzbohrung untersucht und mittels einer Robustheitsanalyse nach Taguchi bewertet. Die hieraus resultierende angepasste Parameterkombination wird durch eine Signifikanzanalyse bestätigt. Im Rahmen eines mehrtägigen Dauerbetriebs ist gezeigt, dass die tatsächliche Prozessfähigkeit (cpk), durch die Etablierung der angepassten Parameterkombination, um einen Faktor von mehr als 6 auf eine Prozesssicherheit von mehr als Ͷߪ gesteigert werden kann. Der zweite Optimierungsschritt beschäftigt sich mit der konstruktiven Modifikation des Rotationssystems der optischen Elemente. Das Dove-Prisma muss sowohl in Lage als auch in Winkel einstellbar gelagert werden. Die hierzu benötigte elastische Gegenkraft wird durch Federelemente aufgebracht. Der Systemoptimierungsansatz substituiert hierbei eine Kautschukmatte durch eine Tellerfederschaltung aus Kunststoff. Die Tellerfederhalterung zeigt ein deutlich stabileres Lageverhalten bei dynamischer Belastung verglichen mit dem Langzeitverhalten der Kautschukmatte, welches ein Setzverhalten aufweist. Die hierdurch gesteigerte Stabilitätserhöhung wirkt sich direkt steigernd auf die Robustheit des Fertigungsprozesses aus. Die tatsächliche Prozessfähigkeit kann, verglichen zu der erreichten tatsächlichen Prozessfähigkeit nach der Parameteroptimierung, um weitere 60 % gesteigert werden und erreicht somit einen Wert von >1,6, was einer Prozesssicherheit von ͷߪ entspricht. Der Prozess des Laserstrahlwendelbohrens weist durch die zweistufige Optimierungs-strategie zur Robustheitssteigerung eine um einen Faktor 9 gesteigerte tatsächliche Prozessfähigkeit auf. Damit kann eine Fertigung eines exemplarischen Referenzloches (Durchmesser 50 μm in 0,5 mm dickem Edelstahl) mit einem zu erwartenden Ausschuss von weniger als 200 DPMO (defects per million opportunities) gewährleistet werden.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Zibner, Frank

Gutachterinnen und Gutachter

Poprawe, Reinhart
Bergs, Thomas

Identifikationsnummern

  • ISBN: 978-3-86359-763-4
  • REPORT NUMBER: RWTH-2019-08474

Downloads