Ziel dieser Arbeit ist eine umfassende Betrachtung der Lasermaterialbearbeitung von Metallen mit Ultrakurzpulslasern hinsichtlich der Erhöhung der Produktivität und der Prozesseffizienz. Es werden dabei Wege aufgezeigt, die Produktivität der hochqualitativen Materialbearbeitung mit UKP-Lasern so zu erhöhen, dass sie der klassischen Bearbeitung mit Nanosekundenlasern ebenbürtig wird. Dazu ist es notwendig, die mittlere Laserleistung und die Effizienz von UKP-Laserprozessen zu erhöhen.

Diese Arbeit untersucht zunächst grundlegend die Effizienz von Laserprozessen. Die Effizienzbetrachtung in dieser Arbeit beinhaltet dabei sowohl technische Aspekte, wie die zeitlich effiziente Verteilung der Laserleistung auf das Werkstück durch ein Scansystem, als auch physikalische Aspekte, wie die energetisch optimale Aufteilung der Laserenergie auf die Laserpulse. Hierzu werden Effizienzmodelle entwickelt und bestehende Modelle auf deren Anwendbarkeit untersucht. Alle Modelle werden im Rahmen dieser Arbeit zu einem Gesamtmodell zusammengeführt.

Die Erhöhung der mittleren Laserleistung in UKP-Prozessen führt zu physikalischen Effekten, die bei der Verwendung kleiner mittlerer Leistungen bisher vernachlässigbar waren. Insbesondere kann der Wärmeeintrag einzelner Laserpulse bei hohen Repetitionsraten oder hohen mittleren Laserleistungen zu einer Wärmeakkumulation im Werkstück führen, die die Qualität der Laserbearbeitung reduziert. Diese Arbeit untersucht hierzu die Wärmeakkumulation bei der Laserbearbeitung mit UKP-Lasern in Abhängigkeit von verschiedenen Bearbeitungsparametern und zeigt Wege für eine Laserbearbeitung mit hoher mittlerer Leistung bei geringer Wärmeakkumulation auf. Weiterhin werden Struktureffekte untersucht die die Topografie der Oberfläche bei der Laserbearbeitung erheblich beeinflussen können.

Die Betrachtungen zur Erhöhung der Prozesseffizienz sowie die Randbedingungen zur Darstellung einer UKP-Laserbearbeitung mit hoher mittlerer Leistung zeigen, dass eine UKP-Bearbeitung mit hoher Produktivität nur durch eine neue, angepasste Systemtechnik erzielt werden kann. Diese Arbeit untersucht hierzu Ansätze zur Überwindung der technischen oder prozessbedingten Limitierungen der Hochleistungs-UKP-Bearbeitung.

Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen Wege zur Erhöhung der Produktivität der UKP-Bearbeitung auf und liefern damit einen Beitrag zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von UKP-Prozessen.