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96 96 Jahresbericht 2015 Jahresbericht 2015 97Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de
DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de
DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
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1 Abtragprozess mit 16 Teilstrahlen.
2 Mikrostrukturierte Stahlfolie
hergestellt mit 196 Teilstrahlen.
Aufgabenstellung
Die Produktivität industrieller Laserprozesse hängt wesentlich
von der auf das Werkstück übertragbaren mittleren Leistung
ab. Dies gilt auch für Abtrag- und Schneidverfahren mit Ultra-
kurzpulslasern, mit denen höchste Bearbeitungsgenauigkeiten
im Nanometerbereich erzielt werden können. Mittlerweile
sind auch im Ultrakurzpuls-Bereich (UKP) Strahlquellen mit
Leistungen von 100 bis 1000 W verfügbar. Um die hohen
Anforderungen an Qualität und Genauigkeit auch bei kleins-
ten Strahldurchmessern erfüllen zu können, sind Intensitäten
nahe der Abtragschwelle zur Vermeidung ungewünschter,
thermisch bedingter Qualitätsverluste nötig. Somit ist die Leis-
tung pro Einzelstrahl in der Regel auf wenige Watt begrenzt.
Um trotzdem die hohen verfügbaren Leistungen umsetzen zu
können, wird ein neuer technologischer Ansatz verwendet, bei
dem der Laserstrahl auf mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird.
Damit kann eine Parallelisierung der Bearbeitung realisiert und
der Abtragprozess beschleunigt werden. Durch den Einsatz
diffraktiver optischer Elemente kann diese Strahlteilung mit
hoher Effizienz, Homogenität und Stabilität erfolgen.
Vorgehensweise
Das Fraunhofer ILT entwickelt industriell einsetzbare
Multistrahloptiken, die basierend auf diffraktiv optischen
Elementen beliebige Anordnungen von Teilstrahlen erzeugen.
Um eine hohe Prozessstabilität und Reproduzierbarkeit zu
gewährleisten, wird das Multistrahlmodul in Echtzeit mittels
Sensorik überwacht und adaptiv stabilisiert. Durch ein maßge-
schneidertes Design sind die Multistrahloptiken für zahlreiche
Anwendungen im Bereich der Laserpräzisionsbearbeitung
anwendbar. Dazu zählen neben der klassischen Oberflächen-
strukturierung auch Bohr- und Schneidapplikationen.
Ergebnis
Bild 1 zeigt einen Abtragprozess mit 16 Teilstrahlen, wobei
jeder Strahl 16-mal den Schriftzug ILT markiert. Durch die
variable Ablenkung mit einem Scansystem sind beliebige
Abtragkonturen im Multistrahlbetrieb möglich. In Bild 2 ist
eine mikrostrukturierte 20 µm Stahlfolie abgebildet, die mittels
einer Multistrahloptik bearbeitet wurde. Die kleinste darge-
stellte Struktur beträgt 15 µm mit einer Genauigkeit von 2 µm.
Die verwendete Multistrahloptik verfügt über 196 Teilstrahlen
und erlaubt so Bearbeitungsgeschwindigkeiten von mehreren
hundert Strukturen pro Sekunde. Dabei wurde lediglich eine
mittlere Leistung von 15 W bei 515 nm Wellenlänge verwendet,
was verdeutlicht, dass hierdurch die Produktivität der Laserpro-
zesse mit großem Potenzial skalierbar ist.
Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Christian Fornaroli
Telefon +49 241 8906-642
Dr. Arnold Gillner
Telefon +49 241 8906-148
HOCHPRODUKTIVE UKP-LASERBEARBEITUNG MIT MULTISTRAHLOPTIKEN
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