Laserabtrag mit zeitlicher Modulation der Energiedeposition

Hartmann, Claudia; Poprawe, Reinhart

doi:33640

Laserabtrag mit zeitlicher Modulation der Energiedeposition = Laser structuring with temporal modulation of the energy deposition

Hartmann, Claudia (Author)

2014

VerantwortlichkeitsangabeClaudia Hartmann

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2014

UmfangII, 157 S. : Ill., graph. Darst.

ISBN978-3-86359-255-4

ReiheErgebnisse aus der Lasertechnik Apprimus Edition Wissenschaft

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Poprawe, Reinhart (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2013-12-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-52107
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/459447/files/5210.pdf

Einrichtungen

Projekte

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Laserablation (Genormte SW) ; Fertigungstechnik (Genormte SW) ; Abtragen (Genormte SW) ; Impulsformung (Genormte SW) ; Einflussgröße (Genormte SW) ; Qualität (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Laserabtragen (frei) ; Pulsformung (frei) ; Einflussfaktoren (frei) ; UKP (frei) ; Kurzpuls (frei) ; laser ablation (frei) ; production technology (frei) ; ablation (frei) ; pulse shaping (frei) ; influencing factors (frei) ; ultra short pulse (frei) ; short pulse (frei) ; quality (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Bei der Laser-Materialbearbeitung sind unterschiedliche Faktoren sowohl für den Abtrag als auch für die Qualität der bearbeiteten Oberfläche ausschlaggebend. Während und nach dem Auftreffen des Pulses werden Absorption, Aufheizverhalten und Plasmaausbreitung beeinflusst und verändern damit Abtragsrate und Rauigkeit der strukturierten Oberfläche. Je nach verwendeter Pulsdauer und Pulsform fallen diese Einflüsse unterschiedlich stark aus. Ziel der hier vorliegenden Arbeit ist, durch zeitliche Modulation der Energiedeposition die Abtragsrate gegenüber der Bearbeitung mit Einzelpulsen zu steigern, bei gleichzeitiger Verringerung der Oberflächenrauigkeit. Darüber hinaus werden sechs maßgebliche Einflussfaktoren des Abtragsprozesses untersucht und bewertet. Als Erstes wird die Vorheizung des abzutragenden Materials durch vorangegangene Pulse betrachtet. Als Zweites wird die Änderung des Absorptionsgrads des abzutragenden Materials durch Vorheizung untersucht. Drittens wird die Wärmeeindringtiefe in das Material ermittelt. Die Absorption der einfallenden Laserstrahlung im Plasma sind der vierte, die geänderte Druckwellenausbreitung bei der Bearbeitung mit Bursts der fünfte und die Interaktion des Plasmas mit der Oberfläche der sechste Einflussfaktor. Dafür werden Abtragsversuche mit unterschiedlichen Parametern in Bezug auf Abtrag pro Schicht sowie Rauigkeit der bearbeiteten Oberfläche ausgewertet und die Plasma- und Druckwellenausbreitung analysiert. Untersuchungen zur zeitlichen Modulation der Energiedeposition werden sowohl mit Pulsdauern im ns- als auch im ps-Bereich durchgeführt. Als Modulationsarten werden variierte Pulsform, Vor- und Nachheizpulse sowie Bursts untersucht.

For laser structuring of surfaces different influencing factors control the ablation process and quality of the structured surface. These factors occur during and after the laser pulse hits the surface. They influence absorption, heating and plasma expansion and therefore change the ablation rate and surface roughness. The influence of the different factors depends on the pulse duration and pulse shape. The aim of this thesis is to maximize the ablation rate while minimizing the surface roughness in comparison to the ablation with single pulses. This is achieved by an adaption of the temporal energy deposition. Furthermore the influencing factors of the ablation process are investigated and evaluated. The six major influencing factors are pre-heating of the material by previous pulses, change of the absorption coefficient by pre-heating, heat penetration depth in the material, absorption of laser radiation in plasma, expansion of the blast wave in pulse bursts and interaction of the plasma with the structured surface. For these investigations ablation experiments are examined with respect to the ablation rate and surface quality. Also the plasma and blast wave expansion is studied. The investigation is done both with pulse durations at ns and ps range. Different modulations of changed energy deposition are examined. These variations are changed pulse shape, pre- and post-heating as well as pulse bursts.

Fulltext:
PDF