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Synchrone Qualitäts- und Produktivitätssteigerung beim Laserstrahlbohren = Synchronous enhancement of quality and productivity for laser drilling



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jens Dietrich

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2013

Umfang110 S. : Ill., graph. Darst.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013


Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-06-05

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-46778
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/229515/files/4677.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Lasertechnik (418710)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Laser (Genormte SW) ; Bohren (Genormte SW) ; Qualität (Genormte SW) ; Produktivität (Genormte SW) ; Perkussion (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; quality (frei) ; productivity (frei) ; drilling (frei) ; laser (frei) ; percussion (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die gleichzeitige Erzeugung von qualitativ hochwertigen Bohrungen bei großer Produktivität ist beim schmelzdominierten Perkussionsbohren nicht möglich. Die Qualität ist aufgrund der Schmelz- und Oxidschichten an den Bohrungswänden von mehreren hundert Mikrometern klein. Risse von der Schmelz- und Oxidschicht bis in den Grundwerkstoff entstehen. Schmelzspritzer um den Bohrungseintritt und Bartbildung am Austritt, eine mangelnde Rundheit und Zylindrizität sowie eine kleine Reproduzierbarkeit haben ebenfalls einen negativen Einfluss auf die Qualität der Bohrungen. Um die Qualität und die Produktivität beim Laserstrahlbohren synchron zu steigern, werden zwei Strategien verfolgt: 1. Durch eine angepasste Prozessgasstrategie sollen Schmelz- und Oxidschichten, sowie Häufigkeit und Länge von Rissen reduziert werden. Hierfür werden grundlegende Prozessgasuntersuchungen durchgeführt, indem die Prozessgasart und der –druck, der Düsenabstand sowie der Düsendurchmesser variiert werden, um Auswirkungen auf Qualität und Produktivität zu identifizieren und zu quantifizieren. Aufbauend auf den grundlegenden Untersuchungen wird eine Prozessgasführung entwickelt, in der eine zeitliche Kombination der Prozessgase Argon und Sauerstoff eingesetzt wird, um jeweils die produktiven und qualitativen Bereiche der einzelnen Prozessgase zu nutzen. Die zeitliche Kombination der Prozessgase führt zu einer Reduzierung der Bohrzeit von bis zu 33% und einer Verkleinerung von Schmelz- und Oxidschichten von bis zu 66%.2. Neue Strahlquellen (diodengepumpte Faserlaser) unterscheiden sich im Vergleich zu konventionellen blitzlampengepumpten Strahlquellen bezüglich örtlicher und zeitlicher Intensitätsverteilung (z.B. kleineres Strahlparameterprodukt oder Rechteckpulse). Der Einfluss der örtlichen und zeitlichen Intensitätsverteilung wird auf die Qualität und die Produktivität untersucht. Durch den Einsatz eines Faserlasers mit entsprechender örtlicher und zeitlicher Intensitätsverteilung wird eine bessere Reproduzierbarkeit, Zylindrizität sowie Rundheit der Bohrungseintritte bei größerer Produktivität erzielt. Beide Strategien führen zu einer synchronen Qualitäts- und Produktivitätssteigerung und können zur Fertigung von Bohrungen mittels Laserstrahlung eingesetzt werden.

The simultaneous production of holes with high quality and high productivity by melt dominated laser drilling is not possible. The quality is poor due to recast and oxide layers attached to hole walls with up to several hundred micrometers. Cracks in the recast and oxide layer can propagate into the base material. Spillings around the hole entrance and ripples at the hole exit, poor circularity and cylindricity as well as a small reproducibility have an influence on the quality of holes. To increase the quality and productivity for laser drilling two strategies are applied:1. By the development of a new process gas strategy the recast and oxide layer as well as the length and frequency of cracks are to be decreased. For this purpose, fundamental process gas investigations are carried out to identify and quantify the effects on productivity and quality. The sort and pressure of the process gas, the distance between nozzle and workpiece, and the diameter of the nozzle are varied. Based on the results a new process gas strategy is implemented by using the process gases argon and oxygen after each other to drill one hole. By this the regimes with high quality and productivity of each process gas are used. The temporal combination of the process gases lead to a reduction of the drilling time by up to 33% and of the recast and oxide layer thickness by 66%.2. New laser sources (diode pumped fiber lasers) differ from conventional flash lamp pumped laser sources regarding temporal and local intensity distribution e.g. smaller beam parameter product or rectangular pulse shape. The influence of the temporal and local intensity distribution on quality and productivity is investigated. By using a fiber laser the reproducibility, cylindricity , circularity of the hole entrance as well as the productivity is improved. Both strategies lead to a synchronous quality and productivity enhancement which can be used for drilling holes for industrial purposes.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Interne Identnummern
RWTH-CONV-144485
Datensatz-ID: 229515

Beteiligte Länder
Germany

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OpenAccess

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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mechanical Engineering (Fac.4)
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
418710

 Record created 2014-07-16, last modified 2022-04-22


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