Kombinationsverfahren zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mittels Faserlaser und Gleitschleifen als Nachbearbeitung
Faserlaser mit ihrer charakteristischen Kombination von hoher Leistung (einige 100 W) und hoher Strahlqualität (M2 ≤ 1,1) bieten neuartige Möglichkeiten in der Laser-Mikrobearbeitung. Beispielhaft sei das Präzisionsschneiden von Stents für die Medizintechnik erwähnt (Abb. 1). Eine ausreichende Bearbeitungsqualität wird jedoch häufig nur in Kombination mit einem geeigneten Nachbearbeitungsverfahren erzielt.
Die oben genannten Eigenschaften von Faserlasern bietet das Potential für eine deutliche Steigerung der Schnittgeschwindigkeit um ca. eine Größenordnung. Durch die Kombination von hoher Schnittgeschwindigkeit mit bisher nicht gleichzeitig erzielbaren geringen Schnittfugenbreiten (bspw. 20 µm bei Materialstärken < 1 mm, s. Abb. 2) wird es in der Hochgeschwindigkeits-Laserbearbeitung schwieriger, eine gute Qualität zu gewährleisten (z. B. großer Strömungswiderstand beim Austrieb der Schmelze durch hohes Aspektverhältnis). Soll das volle Geschwindigkeitspotential ausgeschöpft werden, das die innovativen Faserlaser bieten, ist eine erhöhte Gratbildung nicht zu vermeiden. Aus diesem Grund soll die Laserbearbeitung mit einer anschließenden speziellen Präzisionsnachbearbeitung kombiniert werden. Das schwerpunktmäßig betrachtete Verfahren im Rahmen dieses Projektes ist dabei das Gleitschleifen (auch „Trowalisieren" oder „Trommeln" genannt), mit dem die Oberflächenrauheit und Gratbildung verringert werden soll. Den Kern der geplanten Arbeiten stellt die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen den Parametern der Laserbearbeitung (z. B. Streckenenergie, Fokusdurchmesser, Prozessgas und -druck) und denen der Nachbearbeitung (z. B. Form und Größe der Schleifkörper, Dauer des Gleitschleifens, Härtegrat, Zusätze, abschließendes Beizen) dar. Diese soll anhand von Testgeometrien, die in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern entwickelt werden, untersucht werden.
Erste Ergebnisse haben bereits gezeigt, dass die Anpassung von Laserparametern an die Nachbearbeitung eine insgesamt bessere Qualität grundsätzlich ermöglicht. Das Ziel der geplanten Arbeiten ist die Kombination von hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten (z. B. 50 mm/s bei < 1 mm Edelstahl) mit geringen Schnittfugenbreiten (< 20 µm), Konturabweichungen von < 10 µm und der Gratfreiheit des bearbeiteten Werkstücks.
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Projektzeitraum
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