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Polygonscannerbasierte Hochleistungs-Ultrakurzpuls-Laserstrukturierung

ISBN: 978-3-86359-623-1

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Kurzübersicht

Diese Dissertation befasst sich mit der Skalierung der Produktivität beim UKP-Laserabtrag. Das hierfür entwickelte Polygonscannersystem ermöglicht Scangeschwindigkeiten bis zu 360 m/s, wodurch selbst bei Repetitionsraten im Bereich mehrerer Megahertz sinnvolle Puls-zu-Puls Abstände möglich werden. Für dieses System konnte ein statistisches Fehlermodell zur Modellierung der systembedingten Geometrieabweichungen des Schichtabtrags und eine Möglichkeit zur Kompensation dieser gezeigt werden.

Polygonscannerbasierte Hochleistungs-Ultrakurzpuls-Laserstrukturierung

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Details

Ultrakurzpulslaser (UKP) werden seit einiger Zeit in der Industrie erfolgreich eingesetzt. Die Strukturierung von Spritzguss- und Prägewerkzeugen sind bereits Stand der Technik, da die Qualität des Bearbeitungsergebnisses zeit- und kostenaufwendige Nachbearbeitungsschritte zur Entfernung von Graten oder Schmelzablagerungen überflüssig macht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Laserstrukturierungssystem aufgebaut, dass einen Polygon-scanner zur La-serstrahlablenkung verwendet. Bei der Brennweite von 163 mm werden Bearbeitungsge-schwindigkeiten von bis zu 360 m/s erreicht, was deutlich über der üblichen Bearbeitungsge-schwindigkeit von 1 - 5 m/s mit industriell genutzten Galvanometerscannern liegt. Hierdurch kann die Produktivität bzw. Abtragsrate bei gleichbleibender Oberflächenqualität deutlich gesteigert werden und das verfügbare Potenzial heutiger Hochleistungs-Ultrakurzpulslaser mit mehr als 100 W mittlerer Leistung und Pulsfrequenzen im MHZ-Bereich ausgeschöpft werden.
Bei der Laserstrukturierung bei diesen Scangeschwindigkeiten und Pulsfrequenzen im MHz-Bereich führen bereits kleinste Toleranzen der Synchronisation aller Teilsysteme und der Fer-tigung der Komponenten zu Geometrieabweichungen des Strukturierungsergebnisses. Alle relevanten Abweichungsursachen, welche zu einer Abweichung der Strukturierung von der Sollgeometrie beitragen, wurden analysiert und in die drei Kategorien Prozessdatenkonver-tierung, systembedingte und prozessbedingte Abweichungsursachen gruppiert. Die system-bedingten Ursachen für Geometrieabweichungen sind für die Strukturierung mit vielen Schichten statistisch beschreibbar. Auf Basis der statistischen Einzelfehlerverteilungen der Komponenten und Signalflüsse des Systems kann die Übertragungsfunktion des Bearbei-tungssystems in Form einer Punktspreizfunktion berechnet werden. Mit Hilfe dieses statisti-schen Modells können die erwarteten Geometrieabweichungen des Prozessergebnisses vor dem Prozess mit Methoden der Bildverarbeitung simuliert werden.
Die Punktspreizfunktion kann zusätzlich verwendet werden, die statistisch zu erwartenden Abweichungen vor dem Prozess aus den Prozessdaten herauszurechnen. Der direkte Ver-gleich der Strukturierungen basierend auf originalen und vorverarbeiteten Prozessdaten zeigt, dass die mit dem Laser abgetragene Struktur durch die Vorverarbeitung bildlich scharf-gezeichnet wird. 

Zusatzinformation

Autor Nottrodt, Oliver
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-623-1
Gewicht 0.246 kg
Erscheinungsdatum 22.05.2018
Lieferzeit 3-4 Tage
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