Prozeßmodellierung und Technologieentwicklung beim Abtragen mit CO2-Laserstrahlung

Die Untersuchungen dieser Arbeit hatten zum Ziel, die Verfahrenseffizienz beim Laserstrahlabtragen für die Herstellung von Formen und Gesenken durch Fortschritte bei der Prozeßbeherrschung zu verbessern. Drei Strategien boten sich zur Lösung dieser Aufgabenstellung an. So waren die beiden Abtragmechanismen Oxidspanen und Schmelzabtrag jeweils separat zu qualifizieren, oder in einem zweistufigen Prozeß effizient aufeinander abzustimmen. Ausgehend von der qualitativen Modellierung der Wechselwirkungsmechanismen der Teilprozesse Oxidspanen und Schmelzabtrag wurden im Rahmen dieser Verfahrensentwicklung technologische Verbesserungen theoretisch erarbeitet und im Experiment verifiziert. Für den Schmelzabtrag erfolgte der Nachweis der Machbarkeit der geforderten technologischen Zielvorgaben unter Verwendung einer eigenentwickelten Abtragdüse sowie das Aufzeigen völlig neuer Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung. Demnach bewirkt die resonante Anregung mittels Fokuslagenoszillation beim Schmelzabtrag neben einer deutlichen Prozeßstabilisierung die definierte und reproduzierbare Strukturierung der Werkstückoberfläche. Daraus läßt sich zum einen die Notwendigkeit weiterer wissenschaftlicher Grundlagenuntersuchungen ("nichtlineare Dynamik") und zum anderen das technologische Potential bei tribologischen Strukturierungsapplikationen ableiten.The aim of the investigations of this work was to improve the process efficiency in laser beam ablation for the production of molds and dies by progress in process control. Three strategies were offered to solve this task. The two removal mechanisms, oxide chips and melt removal, had to be qualified separately, or coordinated efficiently in a two-stage process. Based on the qualitative modeling of the interaction mechanisms of the sub-processes oxide chipping and melt removal, technological improvements were theoretically developed and verified in the course of this process development. For the melt removal, the feasibility of the required technological targets was demonstrated using an in-house developed removal nozzle as well as the demonstration of completely new possibilities for increasing efficiency. Accordingly, the resonant excitation by means of focus position oscillation during melt removal, in addition to a clear process stabilization, causes the defined and reproducible structuring of the workpiece surface. From this, on the one hand, the need for further basic scientific investigations ("Nonlinear Dynamics") and, on the other hand, the technological potential in tribological structuring applications can be derived