Der Prozess des Laserstrahlwendelbohrens ermöglicht einen hochpräzisen Abtrag bei vollständig kontrollierbarer Bohrungsgeometrie. Damit lassen sich sowohl Bohrungsdurchmesser als auch das Verhältnis von Eintrittsdurchmesser zu Austrittsdurchmesser einstellen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Quantifizierung und Optimierung der Prozessfähigkeit des Laserbohrprozesses für eine definierte Referenzgeometrie. Der Prozess des Laserstrahlwendelbohrens wird untersucht, um ein fundiertes Verständnis des Prozesses zu erlangen und ihn somit stabiler, sicherer und reproduzierbar auslegen zu können. Hierzu werden zwei Ansätze verfolgt. Innerhalb eines ersten Optimierungsansatzes wird die Parametereinstellung zur Erzeugung der Referenzbohrung untersucht und mittels einer Robustheitsanalyse nach Taguchi bewertet. Die hieraus resultierende angepasste Parameterkombination wird durch eine Signifikanzanalyse bestätigt. Im Rahmen eines mehrtägigen Dauerbetriebs ist gezeigt, dass die tatsächliche Prozessfähigkeit, durch die Etablierung der angepassten Parameterkombination, um einen Faktor von mehr als 6 auf eine Prozesssicherheit von mehr als 4σ gesteigert werden kann. Der zweite Optimierungsschritt beschäftigt sich mit der konstruktiven Modifikation des Rotationssystems der optischen Elemente. Das Dove-Prisma muss sowohl in Lage als auch in Winkel einstellbar gelagert werden. Die hierzu benötigte elastische Gegenkraft wird durch Federelemente aufgebracht. Der Systemoptimierungsansatz substituiert hierbei eine Kautschukmatte durch eine Tellerfederschaltung aus Kunststoff. Die Tellerfederhalterung zeigt ein deutlich stabileres Lageverhalten bei dynamischer Belastung. Die hierdurch gesteigerte Stabilitätserhöhung wirkt sich direkt steigernd auf die Robustheit des Fertigungsprozesses aus. Die tatsächliche Prozessfähigkeit kann, verglichen zu der erreichten tatsächlichen Prozessfähigkeit nach der Parameteroptimierung, um weitere 60 % gesteigert werden und erreicht somit einen Wert von >1,6, was einer Prozesssicherheit von 5σ entspricht.

Der Prozess des Laserstrahlwendelbohrens weist durch die zweistufige Optimierungsstrategie zur Robustheitssteigerung eine um einen Faktor 9 gesteigerte tatsächliche Prozessfähigkeit auf. Damit kann eine Fertigung eines exemplarischen Referenzloches (Durchmesser 50 µm in 0,5 mm dickem Edelstahl) mit einem zu erwartenden Ausschuss von weniger als 200 DPMO (defects per million opportunities) gewährleistet werden.