Prozesssteuerung für laserunterstützte Fräsbearbeitung: Energieeffizienz und Bearbeitungsflexibilität durch Echtzeit-Synchronisation von Laser und Spanungsprozess

Die immer höheren Anforderungen hinsichtlich der mechanischen, thermischen und chemischen Beständigkeit von Bauteilen führen in vielen großen Industriebereichen übergreifend zum vermehrten Einsatz hochleistungsfähiger keramischer und metallischer Werkstoffe. Die aus den vielversprechenden Werkstoffeigenschaften resultierenden Anwendungspotentiale sind jedoch zur Zeit durch die ressourcenintensive Endbearbeitung stark eingeschränkt, da die Herstellung komplexer Bauteile oft durch sehr hohen Verschleiß der eingesetzten Werkzeuge gekennzeichnet ist. Die wirtschaftliche Fertigung komplexer High-Tech-Bauteile aus hochfesten Werkstoffen erfordert deshalb die Entwicklung werkstoffangepasster und entsprechend leistungsfähiger Bearbeitungstechnologien. Vor diesem Hintergrund wird ein hybrides Maschinensystem für die laserunterstützte Fräsbearbeitung von Hochleistungswerkstoffen wie Ni-Basislegierungen, Titanlegierungen und Si3N4-Hochleistungskeramik entwickelt. Für die systemtechnische Umsetzung werden entsprechende optische Systeme zur Laserstrahlführung und -formung sowie optomechanische Schnittstellen zur modularen Anbindung der Einzelkomponenten entwickelt, die schließlich in eine konventionelle Motorspindel integriert und steuerungstechnisch mit einer Hochleistungslaserquelle verknüpft werden. Im Mittelpunkt der Steuerungsentwicklung steht die echtzeitfähige Synchronisation zwischen Laserbrennfleck und Fräserschneide zur gezielten Entfestigung des Spanungsvolumens im Bearbeitungsprozess. Die beschriebenen Entwicklungsarbeiten bilden damit die Grundlage für eine signifikante Steigerung der Energieeffizienz und der Bearbeitungsflexibilität bei der laserunterstützten Fräsbearbeitung, wodurch dieser Ansatz erstmals für industrielle Anwendung qualifiziert werden kann