Bohren. Lasertechnologie Bohren Bohren Perçage. Technik Laserbohren - Technique du perçage

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Thilo Kaufman
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1 Bohren 1

2 Kenngrösse Bohröffnung Aspektverhältnis χ h d ½ Mögliches Verhältnis 200:1 Konizität Rauhigkeit Abtragprozesse Verdampfen Schmelzaustrieb 2

3 Abtragprozess mit Strahlintensität Abtragprozess 1 Laserstrahl trifft auf Oberfläche 2 Bereich erfährt Phasenübergang 3 Trennung Werkstoff Ablation 4 Plasmawolke geht an Umgebung 3

Schnellere Masseteilchen werden nachgeliefert und bauen einen

4 Abtragprozess Wirkung Einzelpuls Plasmawolke stösst auf äusseres Gas und wird verlangsamt. Schnellere Masseteilchen werden nachgeliefert und bauen einen Druck auf. Druckwelle gegen innen Schockwelle auf das Substrat Einzelbohrung Zonen in der Bohrung 4

Einzelbohrung Zonen in der Bohrung Laserstrahl 0.1 0.2 0.3 0.4 mm 0.

5 Einzelbohrung Zonen in der Bohrung Laserstrahl mm J 1.31 J 4.25 J Lochtiefe [mm] Einzelbohrung Wirkung Einzelpuls Wirkung von Einzelpulsen Kraterdurchmesser: 10 μm Geschmolzenes Material: 300 μm Geschmolzenes Si begrenzt auf 355 nm Kraterdurchmesser: 15 μm 5

6 Einzelbohrung Lasertrahl: Primäres Bohrwerkzeug, achsiale Wirkrichtung Wirkungsdauer: Pulslänge Plasma: Sekundäres Bohrwerkzeug, radiale Wirkrichtung Wirkungsdauer: mehrere Pulslängen Einzelbohrung Abtragprozess in der Bohröffnung W/cm 2 6

7 Einzelbohrung Abtragprozess in der Bohröffnung in Stahl ohne Plasma mit Plasma 7

8 Vergleich Einzelpuls - Perkusionsbohren 8

9 Vergleich Einzelpuls - Perkusionsbohren Werkstoff: Stahl; Nd:YAG-Laser, Strahlradius r = 2.4 mm; Vergleich Einzelpuls - Perkusionsbohren MW/cm MW/cm 2 9

10 Vergleich Einzelpuls - Perkusionsbohren Vergleich Einzelpuls - Perkusionsbohren 10

11 Verbesserung der Bohrqualität Schmelzauswurf 11

12 Abtragstrukturen nach einem Einzelpuls Abtragstrukturen nach einem Einzelpuls 12

13 Wirkung der Strahlung verschiedener Pulslängen auf CU Laser Cu ns-laserpuls ps-laserpuls fs-laserpuls T EL < T GITTER < T L T EL < T L < T GITTER T L < T EL < T GITTER Wechselwirkung Kurzpulslaser mit Metallen 13

14 Bohrung mit verschiedenen Pulsformen Thermisches Verhalten bei ultrakurzer Pulse 14

15 Einfluss der Fokuslage Leistungsvergleich beim Bohren = 10 mm h = 0.05 mm Bohren: 506 Löcher /Min Bohren 15

16 Trepanieren Ablenktechniken Gleich orientierte Keilplatten Entgegengesetzt orientierte Keilplatten Trepanieren Kombination von Ablenktechniken 4 Platten Vereinfachtes Konzept: 3 Platten 16

17 Ablenksystem Kombiniert Wendeldurchmesser: μm Anstellwinkel: 0 5 Max. Strahldurchmesser: 18 mm Max. Rotationsfrequenz = 50 Hz Ablenksystem Kombiniert Mit Ablenksystem Bohrung in Keramik 17

18 Ablenksystem Kombiniert - Vorteile Bohrung mit gezielter Konizität Variabel einstellbarer Bohrdurchmesser Bessere Qualität Laser zum Bohren - Laser pour perçer 18

19 Technische Bohrungen - Des perçages techniques Siebfilter an Dieseleinspritzeinheit Technische Bohrungen - Des perçages techniques Siebfilter an Dieseleinspritzeinheit Laserbohren Siebfilter Serienprozess Siebfilter Aussenseite REM-Aufnahme 19

20 Technische Bohrungen - Des perçages techniques Mikrobohrung in Stahl Technische Bohrungen - Des perçages techniques Längsbohrungen 20

21 Wendelbohren mit Pikosekundenpuls Perkussionsbohren mit verschiedenen Wellenlängen 21

22 Trepanierbohren Wendelbohren Eintritt Austritt 22

23 Bohrloch: Eintritt - Austritt Wendelbohren 23

24 Technische Bohrungen - Des perçages techniques Schräglochbohrung Technische Bohrungen - Des perçages techniques Schräglochbohrung Optimierung der Bohrung mit Pulsrampen 24

25 Technische Bohrungen - Des perçages techniques Schräglochbohrung Spezialbohrung 25

26 Spezialbohrung Trepannieren: Problem bei der Strahlbewegung Beim Start der Trepannierbohrung entsteht eine Kerbe Abhilfe mit Kreisbewegung zur Startposition 26

27 Beispiele - Examples Patrone Tintenstrahldrucker (KrF-Laser λ = 248 nm) Beispiele - Examples Kühlbohrung in Turbinenschaufeln 27

28 Beispiele - Examples Airbus, Laminarströmung auf Seitenleitwerk Bohrung: zylindrisch-konisch 4 Mio Bohrungen pro m 2 D eintritt = 140 μm 170 μm D austritt = 60 μm 70 μm 28

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