Laserbearbeitung: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends

Laserbearbeitung: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends von Seefeld,  Thomas, Vollertsen,  Frank
Die Entwicklung von Festkörperlasern hoher Leistung schreitet mit unverminderter Geschwindigkeit voran. Die aktuelle Spitzenreiterposition wird von einem 25 kW Scheibenlaser mit einer fast nur beugungsbegrenzten Strahlqualität besetzt. Mit Hilfe solcher technischer Lösungen kann die durch den Lasereinsatz möglich werdende hohe Produktivität in einen Wettbewerbsvorteil umgesetzt werden, der durchaus eine Kombination aus Kostenvorteil und Technologieführerschaft sein kann. Der konzentrierte Energieeintrag in das Bauteil ermöglicht eine präzise Bearbeitung und führt gleichzeitig zu einer Prozesseffizienz, die sich positiv auf die Amortisation der hohen anfänglichen Kosten der Lasermaterialbearbeitung auswirkt. In Zeiten rasanter steigender Energiekosten verbessert sich die Wirtschaftlichkeit des Lasereinsatzes im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren, die Bedeutung der Anschaffungskosten in den Total Costs of Ownership nimmt ab. Die hohe Energieeffizienz moderner Strahlquellen verbessert zusammen mit dem sinkenden Invest pro Kilowatt Laserleistung die Kostenrechnung zusätzlich. Die sinkenden Kosten für Laserstrahlleistung hoher Qualität machen in zunehmendem Maß Lösungen wirtschaftlich, so dass immer wieder zusätzliche Verfahrensvarianten sinnvoll umsetzbar werden. Um hier auf dem aktuellen Stand zu bleiben, bedarf es geeigneter Informationsquellen. Zum 6. Mal bietet das LAF eine solche effektive Plattform für Experten aus Forschung und industrieller Anwendung. Berichte aus aktuellen Forschungsarbeiten und Vorträge zum industriellen Einsatz der Lasertechnik zeigen die Trends in den Anwendungsfeldern Laserschweißen und –löten sowie in der Laser-Oberflächenbearbeitung auf. Das Spektrum der Referenten reicht von Wissenschaftlern über Entwickler von Prozess- für Systemtechnik bis zu Laseranwendern aus dem Transportmittelbau, den Zulieferindustrien, der Lohnfertigung und benachbarten Branchen. So wird zum einen ein aktueller Überblick über den Einsatz und die Möglichkeiten der Laserbearbeitung gegeben, zum anderen werden anwendungsspezifische Anforderungen an Technik, Entwicklung und Forschung aufgezeigt. Damit bietet das LAF’08 die Möglichkeit, neue Wege und Einsatzmöglichkeiten der Lasertechnologie zu diskutieren und fördert einen branchenübergreifenden Informationsaustausch, insbesondere durch die persönlichen Kontakte. Das Laser-Anwenderforum wird vom Bremer Institut für angewandte Strahltechnik gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum Schweißen von Aluminiumlegierungen, dem Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren, dem Kompetenznetz HansePhotonik, dem International Institute of Welding, dem VDI Technologiezentrum sowie der Wissenschaftlichen Gesellschaft Lasertechnik ausgerichtet. Besonderer Dank gilt den Referenten für ihr Engagement und die Überlassung der Manuskripte, den Sponsoren für die Unterstützung der Veranstaltung, sowie allen, die an der Vorbereitung und Durchführung der Veranstaltung mit großem Einsatz mitgewirkt haben. Stellvertretend für dieses Team sei an dieser Stelle Frau H. Weers und Herrn D. Reitemeyer ausdrücklich gedankt.
Aktualisiert: 2020-02-17
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Laserstrahlfügen: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends

Laserstrahlfügen: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends von Seefeld,  Thomas, Vollertsen,  Frank
Bereits zum fünften Mal findet in Bremen ein Laser-Anwenderforum statt. Die Fortschreibung des Themenschwerpunkts: „Laserstrahlfügen: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Trends“ steht dabei für Kontinuität. Das LAF'06 bietet ein effektives Forum für Experten aus Wissenschaft und industrieller Anwendung. Referenten aus der Praxis berichten und diskutieren kompetent über den derzeitigen Stand, die Chancen und die offenen Fragen beim industriellen Einsatz der Lasertechnik. Ziel des LAF'06 ist, dem Anwender einen aktuellen Überblick über Einsatz und Möglichkeiten des Laserstrahlfügens zu verschaffen, anwendungsspezifische Anforderungen an Technik, Entwicklung und Forschung aufzuzeigen, neue Wege und Einsatzmöglichkeiten der Lasertechnologie zu diskutieren, und nicht zuletzt durch persönliche Kontakte den Informationsaustausch auch branchenübergreifend zu fördern. Das Laserstrahlschweißen ist heute ebenso wie das Laserstrahllöten in vielen Anwendungen bereits ein etabliertes Standardverfahren. Insofern ist ihm der Nimbus des Neuen inzwischen abhanden gekommen. Dennoch bleibt das Laserstrahlfügen ein Hightech-Verfahren, das mit Blick auf die Produktqualität sowie die Produktivität und Wirtschaftlichkeit große Vorteile gegenüber anderen Fügeverfahren bieten kann, dessen Einsatz aber wegen seiner Komplexität auch besondere Sorgfalt und Aufmerksamkeit verlangt. Deshalb muss beim Einstieg in das Laserstrahlfügen auch nach wie vor eine hohe Aktivierungsenergie als Investition in die Systeme und für den Erwerb von Know-how aufgebracht werden. Dies bleibt eine Hemmschwelle, so dass es sich in vielen Bereichen wie beispielsweise der flexiblen Lohnfertigung bisher nicht in dem Maße durchsetzt, wie man es nach dem Beispiel des Laserstrahlschneidens vielleicht hätte erwarten können. Die Verbesserung der Produktqualität sowie der Produktivität und Wirtschaftlichkeit ist das Thema, welches sich hinter der aktuellen Diskussion um neue Strahlquellen verbirgt. Hohe Leistung und bessere Fokussierbarkeit sind die wesentlichen Merkmale. Welchen Einfluss die hohe Brillanz der Quellen auf den Schweißprozess hat und welchen Nutzen der Anwender daraus ziehen kann, soll auf diesem Laser-Anwenderforum beleuchtet werden. Über die Strahlquellendiskussion hinaus sollte jedoch nicht übersehen werden, dass andere Themen für die Anwender eine ebenso wichtige Rolle spielen. Dazu gehört vor allem die Frage nach der sicheren Beherrschung der Fügeprozesse und der Sicherung der Qualität in der Fertigung, wozu ein fundiertes Prozessverständnis, anforderungsgerechte systemtechnische Lösungen und eine sinnvolle Überwachung der Prozesse wichtige Beiträge liefern. Das Laser-Anwenderforum wird vom Bremer Institut für angewandte Strahltechnik gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum Schweißen von Aluminiumlegierungen, dem Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren, dem Kompetenznetz Hansephotonik, dem VDI-Technologiezentrum Physikalische Technologien sowie der Wissenschaftlichen Gesellschaft Lasertechnik ausgerichtet. Wir danken besonders den Referenten für ihr Engagement und die Überlassung der Manuskripte, den Sponsoren für die Unterstützung der Veranstaltung, sowie allen, die an der Vorbereitung und Durchführung der Veranstaltung mit großem Einsatz mitgewirkt haben.
Aktualisiert: 2020-11-19
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Laserstrahlfügen: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Tends

Laserstrahlfügen: Prozesse, Systeme, Anwendungen, Tends von Reitemeyer,  Daniel, Vollertsen,  Frank
Im Jahr 1960 zündete Theodore Maiman den ersten Laserblitz. Das Potential dieser neuen Technologie für die Materialbearbeitung wurde früh erkannt, so dass der Laser heute eine weite Verbreitung in der industriellen Produktion vorweisen kann. Dies ist auf die ständige Weiterentwicklung des im Labor nachgewiesenen Funktionsprinzips hin zu einem hocheffizienten Bearbeitungswerkzeug zurückzuführen, die die Lasertechnik in den letzten 50 Jahren durchlaufen hat. Heute sind es insbesondere die hohe Energieeffizienz moderner Strahlquellen und der sinkende lnvest pro Kilowatt Laserleistung, die die Lasertechnik für neue Einsatzmöglichkeiten in der Fertigung attraktiv machen. Dazu sind innovative technische Lösungen gefragt, die durch den Lasereinsatz möglich werdende hohe Produktivität in einen Wettbewerbsvorteil umgesetzt werden, der durchaus eine Kombination aus Kostenvorteil und Technologieführerschaft sein kann. Um hier auf dem aktuellen Stand zu bleiben, bedari es geeigneter lnformationsquellen. Das 7. Laser-Anwenderiorum bietet dazu die Möglichkeit, innovative Wege und Einsatzmöglichkeiten der Lasertechnologie zu diskutieren und fördert, insbesondere durch die persönlichen Kontakte, einen branchenübergreifenden lnformationsaustausch. Anerkannte Experten aus der Industrie berichten über aktuelle Trends zum Einsatz von Lasern in der Produktion. Ergänzt wird dies durch Vorträge aus Forschung und Entwicklung. So wird zum einen ein aktueller Überblick über den Einsatz und die Möglichkeiten der Laserbearbeitung gegeben, zum anderen werden anwendungsspezifische Anforderungen an Technik, Entwicklung und Forschung aufgezeigt. Das Laser-Anwenderiorum wird vom BIAS - Bremer Institut für angewandte Strahltechnik gemeinsam mit dem Kompetenzzentrum Schweißen von Aluminiumlegierungen- Centr-AI, dem Deutschen Verband für Schweißen und verwandte, Verfahren, dem Kompetenznetz HansePhotonik, dem VDI Technologiezentrum sowie der Wissenschaftlichen Gesellschaft Lasertechnik ausgerichtet. Besonderer Dank gilt den Referenten für ihr Engagement und die Überlassung der Manuskripte, den Sponsoren für die Unterstützung der Veranstaltung, sowie allen, die an der Vorbereitung und Durchführung der Veranstaltung mit großem Einsatz mitgewirkt haben. Stellvertretend für dieses Team sei an dieser Stelle Frau; ist urheberrechtlich geschützt. H. Weers und Frau S. Berk ausdrücklich gedankt.
Aktualisiert: 2020-02-17
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Größeneinflüsse bei Fertigungsprozessen

Größeneinflüsse bei Fertigungsprozessen von Vollertsen,  Frank
In vielen Bereichen der Produktionstechnik begegnen uns Bestrebungen, Aggregate an verkleinerten Modellen zu testen oder Funktionalitäten in minituarisierten Baugruppen zu realisieren. Die damit verbundene Veränderung der Bauteilgröße bedingt nicht nur eine Anpassung der Prozessparameter und der Werkzeuge, die für die Herstellung des Bauteils benötigt werden, sondern kann auch zunächst überraschende, da nicht erwartete Effekte hervorrufen. Diese sog. Größeneffekte waren Gegenstand der Untersuchungen in zahlreichen Projekten des Schwerpunkts Modellierung von Größeneffekten bei Fertigungsprozessen (Kurztitel: Prozessskalierung), deren Ergebnisse in dem vorliegenden Buch zusammenfassend dargestellt sind.
Aktualisiert: 2020-02-17
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Analyse des tribologischen Größeneffektes beim Blechumformen

Analyse des tribologischen Größeneffektes beim Blechumformen von Bergmann,  Ralf, Hu,  Zhenyu, Vollertsen,  Frank
ln dieser Arbeit wurden skalierte Streifenziehen mit doppelter Umlenkung und Tiefziehen experimentell durchgeführt. Aus den experimentellen Daten wurden die größenabhängigen Reibfunktionen ermittelt. Sie wurden in die FEM-Simulation implementiert, um die größenabhängige FEM-Simulation für die Blechumformung zu realisieren, sodass die durch die numerische Berechnung ermittelten Stempelkraft-Weg-Verläufe den experimentellen Verläufen besser entsprechen. Die Reibfunktion beim Tiefziehen wurde bei der Simulation für das Tiefziehen rechteckiger Werkstücke eingesetzt. Durch die Analyse der Ursachen des tribologischen Größeneffekts ist festzustellen, dass die Schmiertaschen-Theorie beim Tiefziehen auch gilt.
Aktualisiert: 2020-02-17
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Dynamische Laser-Mikroperforation mit single-mode Faserlaser

Dynamische Laser-Mikroperforation mit single-mode Faserlaser von Baumeister,  Marc, Bergmann,  Ralf, Vollertsen,  Frank
Die dynamische Laser-Mikroperforation kann zur Herstellung von Mikrosieben aus Edelstahl eingesetzt werden. Zu diesem Zweck wird in der vorliegenden Arbeit ein single mode Faserlaser verwendet. Durch die beugungsbegrenzte Strahlqualität und die im Vergleich mit single-mode Nd:YAG-Lasern hohe Ausgangsleistung kann eine große Abtragsgeschwindigkeit erzielt werden. Die Wechselwirkung zwischen der hochbrillanten Laserstrahlung und dem bearbeiteten Edelstahl wird anhand der experimentell ermittelten und numerisch modellierten Abtragsgeschwindigkeit erforscht. Im numerischen Modellierungsansatz werden verschiedene Kombinationen von einzelnen Verlustmechanismen betrachtet, bspw. Mie-Streuung, Inverse Bremsstrahlung und Reflexion. Durch den Vergleich der verschiedenen berechneten und experimentell ermittelten Abtragsgeschwindigkeiten wird gezeigt, dass Mie-Streuung unter den betrachteten experimentellen Randbedingungen den größten Verlustmechanismus darstellt. Trotz dieser Verluste können bei der dynamischen Laser-Mikroperforation mit single -mode Faserlasern Perforationsraten von mehr als 50 000 Bohrungen pro Sekunde erzielt werden.
Aktualisiert: 2020-02-17
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Dynamisches Prozessverhalten beim Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen

Dynamisches Prozessverhalten beim Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen von Bergmann,  Ralf B., Thomy,  C, Vollertsen,  Frank
Die Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Metallschutzgas-Schweißlichtbogen (MSG-Lichtbogen) erschwert derzeit noch die Prozessentwicklung beim Hybridschweißen. Ziel dieser Arbeit war daher, einen Beitrag zur Schaffung eines grundlegenden Verständnisses des dynamischen Verhaltens des Laserstrahl-MSG-Hybridschweißens zu leisten und die gewonnenen Erkenntnisse auf anwendungsnahe Fragestellungen zu übertragen. Zu diesem Zweck wurde auf Basis experimenteller Prozessuntersuchungen ein analytisches Modell zum Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen mit nicht gepulstem Lichtbogen entwickelt und validiert, das qualitativ Zusammenhänge aufgezeigt sowie die Berechnung von Prozessfenstern ermöglicht und so den Aufwand bei der Prozessentwicklung deutlich verringern kann. Es konnte insbesondere gezeigt werden, dass der laserinduzierte, angeregte Metalldampf die wesentliche Ursache für die beobachteten Wechselwirkungen zwischen Laserstrahl und MSG-Lichtbogen ist und die Kurzschlussfrequenz und damit den Werkstoffübergang maßgeblich beeinflusst. In Anwendungsuntersuchungen zum Laserstrahl-MSG-Hybrifschweißen in der Rohfertigung sowie zum Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen von Feinblechen mit dem Single-mode-Faserlaser konnten darüber hinaus Produktivität und Qualität gegenüber den konkurrierenden Verfahren jeweils deutlich gesteigert werden.
Aktualisiert: 2020-02-17
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Laser-Randschichtschmelzen mit erhöhter Prozessgeschwindigkeit am Beispiel von Aluminium-Zylinderlaufbahnen

Laser-Randschichtschmelzen mit erhöhter Prozessgeschwindigkeit am Beispiel von Aluminium-Zylinderlaufbahnen von Bergmann,  Ralf B., Seefeld,  Thomas, Vollertsen,  Frank
Am Beispiel der Innenbearbeitung von Aluminium-Zylinderkurbelgehäusen zeigt diese Arbeit einen Weg auf, wie das Laser-Randschichtschmelzen in einer anspruchsvollen in dustriellen Anwendung technologisch und wirtschaftlich wettbewerbsfähig werden kann. Dazu wird der Ansatz einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitung verfolgt: Erstmals werden sowohl für das Laserlegieren mit Siliziumpulver als auch für das Laserbeschichten mit ei ner hochsiliziumhaltigen Aluminiumlegierung Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 30 m/min realisiert und insofern die Verfahrensgrenzen entscheidend erweitert. Hierzu wer den die wesentlichen Einflüsse auf die Kenngrößen der Randschicht und die Gefügeausbil dung identifiziert und die Prozessgrenzen bestimmt. Bei der Übertragung des Hochge schwindigkeits-Laserlegierens auf Realbauteile konnte eine Bearbeitungszeit bis herab zu 2,5 Minuten erreicht werden, womit eine wesentliche Voraussetzung für einen Einsatz dieses Verfahrens in der Großserienfertigung geschaffen wird.
Aktualisiert: 2020-02-17
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