Ultrakurzpulslaser für die Werkzeugindustrie - Grundlagen und praktische Anwendungen

Hochleistungswerkzeuge können nur mit Werkzeugen hergestellt werden, die ebenfalls mit einem hochharten Schneidstoff beschichtet sind, wobei das abrasive Verhalten auf beiden Seiten gleich hoch ist. Hierdurch ergeben sich hohe Prozeßzeiten und Kosten für die Nachbearbeitung dieser Schneidstoffe. Hier bietet die Lasertechnologie durch ihre einzigartigen Eigenschaften eine ökonomisch und innovative Alternative. Vorteil der Lasertechnologie ist ein berührungsloser Prozeß, der kraftvoll und abrasionsfrei ist. Dabei werden Strahlquellen mit Pulslängen im Pikosekunden (ps)-bzw. Nanosekunden (ns)-Bereich eingesetzt. Auch werden Lasersysteme eingesetzt, die Pulslängen im Femtosekunden (fs)-Bereich erzeugen. Erfahrungsgemäß liefern Ultrakurzpuls (UKP)-Lasersysteme qualitativ bessere Ergebnisse. Insbesondere durch den Einsatz von Femtosekunden (fs)-Systemen kann eine hohe Strukturgenauigkeit erreicht werden. Ns-Lasersysteme stellen dagegen eine höhere Pulsenergie zur Verfügung und sind in der Anschaffung und der Unterhaltung günstiger. Jedoch ist ein hoher Grad an Wärmediffusion in das Material zu beobachten, der sich gegenläufig zu der Struktuierungsqualität verhält. Bei der fs-Bearbeitung ist deutlich die ausgezeichnete Prozeßgenauigkeit zu erkennen, während bei der ns-Bearbeitung ein hoher Grad an Schmelzbildung zu beobachten ist. Einen Kompromiss bezüglich der Prozeßzeiten und der Bearbeitungsqualität bietet die ps-Bearbeitung. Aus diesem Grund wird es zur Schärfung der Schneidkante eingesetzt. Dagegen werden durch die hohe Energie, die durch die vergleichsweise langen ns-Laserpulse in das Material eingebracht werden, Rißbildungen und einem Abplatzen einzelner Schichten hevorgerufen. Am Beispiel einer Werkzeugschneide mit Beschichtung aus CVD-Diamant zeigt die Vorteile der Pikosekundenlasertechnologie, die mit einem ps-System der Wellenlänge 355 nm (UV) bearbeitet wurde. In diesem Fall ist keine Schädigung der Schicht feststellbar. Darüber hinaus wurde im Vergleich zum Standardwerkzeug eine signifikante Verringerung des Schneidkantenradius um 25% erreicht. Dies geht einher mit einer Reduzierung der Schichtdicke um 50% von 18 Mikrometer auf 9 Mikrometer. Entnommen aus TEMA