Buch: Polygonscannerbasierte Hochleistungs-Ultrakurzpuls-Laserstrukturierung
Polygonscannerbasierte Hochleistungs-Ultrakurzpuls-Laserstrukturierung
2018, 166  S., 21 cm, Softcover
Apprimus Verlag
ISBN 978-3-86359-623-1

Inhalt
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 Laserstrahlablenkung verwendet. Bei der Brennweite von 163 mm werden Bearbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 360 m/s erreicht, was deutlich über der üblichen Bearbeitungsgeschwindigkeit von 1 - 5 m/s mit industriell genutzten Galvanometerscannern liegt. Hierdurch kann die Produktivität bzw. Abtragsrate bei gleichbleibender Oberflächen-qualität 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 Fertigung 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 Prozessdatenkonvertierung, systembedingte und prozessbedingte Abweichungsursachen gruppiert. Die systembedingten 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 Bearbeitungssystems in Form einer Punktspreizfunktion berechnet werden. Mit Hilfe dieses statistischen 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 Vergleich der Strukturierungen basierend auf originalen und vorverarbeiteten Prozessdaten zeigt, dass die mit dem Laser abgetragene Struktur durch die Vorverarbeitung bildlich scharfgezeichnet wird.

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