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Puls-zu-Puls-Wechselwirkungen beim Ultrakurzpuls-Laserabtrag mit hohen Repetitionsraten

ISBN: 978-3-86359-541-8

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Kurzübersicht

Gegenstand dieser Dissertation ist die Skalierung der Produktivität beim UKP-Laserabtrag durch Verwendung großer mittlerer Laserleistung von mehreren 100 Watt bei hohen Repetitionsraten im Bereich mehrerer Megahertz. Dazu werden die limitierenden Effekte bei der Skalierung sowohl im Rahmen eines theoretischen Modells beschrieben als auch experimentellen untersucht. Auf Grundlage des gewonnenen Prozessverständnisses kann eine deutliche Steigerung der Produktivität beim UKP-Abtrag erzielt werden.

Puls-zu-Puls-Wechselwirkungen beim Ultrakurzpuls-Laserabtrag mit hohen Repetitionsraten

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Details

Die Verwendung von ultrakurz gepulster Laserstrahlung mit Pulsdauern im Bereich bis ca. 10 Picosekunden ermöglicht sehr präzise Materialbearbeitung bei vernachlässigbarer thermischer Belastung für die bearbeiteten Werkstücke. Während die Bearbeitungsqualität sehr hohen Ansprüchen genügt, ist die geringe Produktivität das Hauptdefizit, das eine breitere industrielle Anwendung in vielen Bereichen zurzeit noch verhindert. Gegenstand dieser Dissertation ist die Skalierung der Produktivität beim UKP-Laserabtrag durch Verwendung großer mittlerer Laserleistung von mehreren 100 Watt bei hohen Repetitionsraten im Bereich mehrerer Megahertz. Dazu werden zunächst die Faktoren und Effekte identifiziert und untersucht, die die Skalierung auf große Produktivität limitieren. Bei Verwendung hoher Repetitionsraten sind diese limitierenden Effekte vor allem Wärmeakkumulation und Abschirmung durch Plasma oder Partikel. Zu diesen beiden Effekten wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein semi-empirisches Modell entwickelt, das die Auswirkung von Wärmeakkumulation und Abschirmung auf die erzielte Produktivität beschreiben kann. Experimentelle Untersuchungen bestätigen die hohe Relevanz der beiden Effekte beim UKP-Laserabtrag mit hohen Repetitionsraten. So führt Wärmeakkumulation bei kleinem räumlichem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen zur Ausbildung von Schmelze und sehr rauen Oberflächenstrukturen, die für die meisten Anwendungen nicht akzeptiert werden können. Abschirmende Effekte verkleinern die erzielte Produktivität um bis zu 50 % und müssen bei der Prozessskalierung zwingend berücksichtigt werden. Durch Abgleich von experimentellen Ergebnissen mit dem entwickelten Modell können abschirmende Effekte und Wärmeeintrag durch fundamentale, quantifizierbare Größen beschrieben werden. Auf Grundlage des gewonnenen Prozessverständnisses kann für die Bearbeitung von dem in dieser Arbeit betrachteten Werkstoff Inconel 718 eine deutliche Steigerung der Produktivität auf eine Abtragrate von mehr als 30mm³/min erzielt werden. Neben dem Ansatz schneller Scantechnik zur Nutzung der hohen Repetitionsraten, wird ein neuer Ansatz präsentiert. Hierbei wird Wärmeakkumulation gezielt ausgenutzt um auch mit konventionellen, hochflexiblen Galvanometerscannern eine vergleichsweise große Abtragrate bei guter Oberflächenqualität zu realisieren.

Zusatzinformation

Autor Finger, Johannes-Thomas
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-541-8
Gewicht 0.246 kg
Erscheinungsdatum 20.09.2017
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