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Mikrobearbeitung von temperaturempfindlichen Bauteilen mit Ultrakurzpuls-Lasern (Mikro-UKP -A-)

Die Lasermaterialbearbeitung mit Ultrakurzpuls-Laserstrahlung unterliegt vielen Einflussfaktoren, die das Bearbeitungsergebnis negativ beeinflussen können. Zudem sind die Fertigungskorridore und -grenzen zwischen ps- und fs-Laserbearbeitung nur bedingt definiert. Ziel dieses Vorhabens ist es daher, die Möglichkeiten der Lasermikrobearbeitung unter Verwendung von UKP-Laserstrahlung anwendungsnah zu untersuchen und die Erkenntnisse in die industrielle Praxis einfließen zu lassen, um durch Wahl der optimalen Strahlquelle und Fertigungsparameter qualitativ und quantitativ bestmögliche Ergebnisse zu erzielen.

Für die Studie wurde ein neuartiges ps-Hochleistungs-Lasersystem mit optischem Scanner entwickelt und im Labor des LFM aufgebaut. Mit diesem System wurde eine Vielzahl von Mikrobearbeitungsprozessen - überwiegend zur Mikrostrukturierung - mit diversen metallischen und dielektrischen Werkstoffen durchgeführt und mittels eines chromatischen Sensors topografisch erfasst. Zudem wurden spezielle Applikationsaspekte mit einem hochauflösenden Rasterelektronenmikroskop analysiert. Die gesammelten Resultate wurden im Anschluss mit Parallelstudien zur Bearbeitung mit fs-Laserstrahlung der Hochschule Mittweida verglichen.

Es konnte nachgewiesen werden, dass eine Vielzahl von Parametern unmittelbare Auswirkungen auf Qualität und Geschwindigkeit der UKP-Bearbeitung haben. Neben bekannten Einflussgrößen, wie der Laserleistung und -frequenz sind dies bspw. Scannerparameter und Füllroutinen, aber auch die Wahl des Werkstoffes und die gewählte Geometrieform sind entscheidend. Mit applikationsspezifisch optimierten Parametern konnte so mit ps-Pulsdauern ein Qualitätsniveau erzielt werden, welches bei vielen Applikationen nur geringfügig von der Bearbeitung mit Femtosekunden abweicht. Mit den Projektresultaten können Abtragsprozesse bei der ps-Laserbearbeitung um bis zu 400 % beschleunigt und die Präzision signifikant gesteigert werden.

 

Projektleitung



Fachbereich Physikingenieurwesen
Stegerwaldstraße 39
48565 Steinfurt
Tel: 02551 9-62322
Fax: 02551 9-62490

dickmannfh-muensterde

Projektzeitraum


vom 01.07.2009 bis 01.06.2012

Kooperationspartner


  • Hochschule Mittweida (FH)

Finanzierung


  • BMBF - Förderkennzeichen: 17 70 B 09
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