Laserstrahl-Bohren ist ein etabliertes Verfahren zur Fertigung von Kühlluftbohrungen in Turbomaschinenkomponenten wie z.B. Turbinenschaufeln in den Bereichen Energieerzeugung sowie Luftfahrt. Aufgrund der heute konventionell verwendeten blitzlampen-gepumpten Nd:YAG Laserstrahlung mit großen Pulsenergien bis zu 80 J entstehen Defekte an den Bohrungswänden wie Schmelzschichten oder Mikrorisse. Die Lebensdauer der Komponenten wird aufgrund der Defekte bis zu einem Faktor von 9 reduziert.

Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des Bohrprozesses, um die metallurgische Qualität von Kühlluftbohrungen bei gleichbleibender Produktivität zu vergrößern. Die Vorgehensweise ist in drei Schritte unterteilt: Zunächst wird gepulste Faserlaserstrahlung mit Pulsdauern im Bereich von einigen hundert Mikrosekunden verwendet. Durch den vorwiegend schmelzdominierten Abtrag wird eine große Produktivität erzielt. Da die Puls-zu-Puls Stabilität sowie mögliche Repetitionsraten größer sind als bei blitzlampen-gepumpter Nd:YAG Laserstrahlung, können Bohrungen mit einem Durchmesser von 500 µm in 5 mm dicken Edelstahl in 1 s mit Schmelzschichtdicken von ca. 50 µm erzielt werden.

Im zweiten Schritt wird erstmals ultrakurzgepulste Laserstrahlung für die Herstellung von  Kühlluftbohrungen verwendet. Aufgrund des verdampfungsdominierten Abtrags können bei geeigneter Wahl der Laserparameter Repetitionsrate und Leistung, der Abtragstrategie sowie der Prozessgasart nahezu defektfreie Bohrungen erzielt werden. Die Bearbeitungsdauer beträgt ca. 150 s.

Um die Vorteile beider Bohrprozesse zu kombinieren, wird im dritten Schritt ein hybrider Bohrprozess entwickelt. Zunächst wird eine Vorbohrung mittels Faserlaserstrahlung erzeugt. In einem zweiten Schritt wird mittels ultrakurzgepulster Laserstrahlung das thermisch beeinflusste Material an der Bohrungswand abgetragen. Somit können nahezu defektfreie Bohrungen in 15 s erzielt werden.