Verfahren zur Inline-Prozessüberwachung für das Schweißen von Glas mit Ultrakurzpulslasern
Aktualisiert: 2023-06-22
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Verfahren zur Inline-Prozessüberwachung für das Schweißen von Glas mit Ultrakurzpulslasern
Schlüsselwort: Strahlformung
Verfahren zur Inline-Prozessüberwachung für das Schweißen von Glas mit Ultrakurzpulslasern
Verfahren zur Inline-Prozessüberwachung für das Schweißen von Glas mit Ultrakurzpulslasern
Aktualisiert: 2023-06-22
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Verfahren zur Inline-Prozessüberwachung für das Schweißen von Glas mit Ultrakurzpulslasern
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Aktualisiert: 2023-06-22
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Multipulseffekte beim Mikro-Materialabtrag von Stahllegierungen mit Pikosekunden- Laserpulsen
In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur modellbasierten Steigerung der Abtragseffizienz vorgestellt, die auf der Kenntnis von Multipulseffekten bei der Laserstrukturierung basiert und die Strahlformung von Flat-Top-Profilen nutzt. Die Ursachen und Auswirkungen von Multipulseffekten der Inkubation, d. h. der Pulszahlabhängigkeit des Abtragsverhaltens, wurden für den Mikro-Materialabtrag von Stählen untersucht. Die gemessene Abnahme der pulszahlabhängigen Reflektivität der strukturierten Substratoberfläche wurde als eine Ursache der mit steigender Pulszahl sinkenden Abtragsschwellfluenz identifiziert. Als zweite Ursache beeinflusst die mit steigender Pulszahl sinkende Energieeindringtiefe die Inkubation. Mit dem Ziel der flexiblen Erzeugung der räumlichen Intensitätsverteilung wurde die digitale holografische Strahlformung mittels eines Flüssigkristall-basierten räumlichen Lichtmodulators untersucht. Die erzeugten Flat-Top-Strahlprofile können unter Berücksichtigung der systembedingten Aberrationen und der Vergrößerung des Frequenzbereichs simuliert werden. Basierend auf der Simulation des Strahlprofils und der Kenntnis der Auswirkung der Multipulseffekte auf den Materialabtrag wurde die Strukturgeometrie als Abtragsergebnis modelliert. Dafür wurden erstmalig die pulszahlabhängige Schwellfluenz und Eindringtiefe einschließlich ihres Sättigungsverhaltens als experimentell ermittelte Materialparameter berücksichtigt.
Aktualisiert: 2023-06-15
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Verfahren zur Inline-Prozessüberwachung für das Schweißen von Glas mit Ultrakurzpulslasern
Verfahren zur Inline-Prozessüberwachung für das Schweißen von Glas mit Ultrakurzpulslasern
Aktualisiert: 2023-01-25
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Untersuchungen zur Pikosekunden-Laserablation mit räumlicher Modulation der Pulsenergie durch einen deformierbaren Spiegel
Bei der Laserbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen wirkt sich die Fluenz auf der Werkstückoberfläche auf die Ablationseffizienz aus. Abhängig von den Materialeigenschaften ergibt sich eine optimale Fluenz, deren unter- oder überschreiten zu einer Reduzierung der Prozesseffizienz führt. Moderne Entwicklungen in der Lasertechnik führen zu sehr hohen Pulsenergien. In Kombination mit kleinen Strahldurchmessern auf der Werkstückoberfläche ergeben sich deutlich höhere Fluenzen als für die maximale Ablationseffizienz notwendig sind. Um die Fluenz auf der Werkstückoberfläche zu reduzieren kann die Strahlformung verwendet werden: Der Einsatz statischer Optiken ermöglicht eine hohe Umwandlungseffizienz, begrenzt allerdings die Flexibilität. Flexible Elemente, wie AOMs oder SLMs leiden hingegen unter niedrigen Zerstörschwellen, sodass die hohen verfügbaren Pulsenergien nicht genutzt werden können. Eine Kombination aus Flexibilität und hoher Zerstörschwelle bietet der Einsatz von deformierbaren Spiegeln. Ursprünglich entwickelt, um sphärische Aberrationen bei Teleskopen zu korrigieren, können aktuelle Modelle durch entsprechende Spiegelbeschichtungen sogar resonatorintern eingesetzt werden.
Diese Arbeit zeigt zunächst die theoretischen Möglichkeiten der Modulation der Energieverteilung auf der Werkstückoberfläche durch eine Simulation auf dem High-Performance-Cluster (HPC) der FH Münster. Diese Simulationsergebnisse werden mit experimentellen Ergebnissen verifiziert. Im Anschluss wird der Einfluss der Strahlform auf der Werkstückoberfläche auf das Ablationsverhalten von 1.4301 Stahlproben untersucht. Die Erkenntnisse werden abschließend auf Kupfer als weiteren metallischen Werkstoff und einer Aluminiumoxidkeramik als nichtmetallischen Werkstoff übertragen. Sie zeigen, wie das Ablationsverhalten durch die Strahlform beeinflusst wird und wie der Prozess damit auf die zur Verfügung stehende Pulsenergie optimiert werden kann.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Multipulseffekte beim Mikro-Materialabtrag von Stahllegierungen mit Pikosekunden- Laserpulsen
In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur modellbasierten Steigerung der Abtragseffizienz vorgestellt, die auf der Kenntnis von Multipulseffekten bei der Laserstrukturierung basiert und die Strahlformung von Flat-Top-Profilen nutzt. Die Ursachen und Auswirkungen von Multipulseffekten der Inkubation, d. h. der Pulszahlabhängigkeit des Abtragsverhaltens, wurden für den Mikro-Materialabtrag von Stählen untersucht. Die gemessene Abnahme der pulszahlabhängigen Reflektivität der strukturierten Substratoberfläche wurde als eine Ursache der mit steigender Pulszahl sinkenden Abtragsschwellfluenz identifiziert. Als zweite Ursache beeinflusst die mit steigender Pulszahl sinkende Energieeindringtiefe die Inkubation. Mit dem Ziel der flexiblen Erzeugung der räumlichen Intensitätsverteilung wurde die digitale holografische Strahlformung mittels eines Flüssigkristall-basierten räumlichen Lichtmodulators untersucht. Die erzeugten Flat-Top-Strahlprofile können unter Berücksichtigung der systembedingten Aberrationen und der Vergrößerung des Frequenzbereichs simuliert werden. Basierend auf der Simulation des Strahlprofils und der Kenntnis der Auswirkung der Multipulseffekte auf den Materialabtrag wurde die Strukturgeometrie als Abtragsergebnis modelliert. Dafür wurden erstmalig die pulszahlabhängige Schwellfluenz und Eindringtiefe einschließlich ihres Sättigungsverhaltens als experimentell ermittelte Materialparameter berücksichtigt.
Aktualisiert: 2022-02-10
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Die akustooptische Strahlformung in der Lasermaterialbearbeitung
Im Rahmen der vorliegenden Promotionsarbeit wurden Systeme für die Strahlführung und -formung von Laserstrahlen hinsichtlich ihrer Dynamik anhand der Datenübertragungsrate bewertet und verglichen. Die Datenübertragungsrate ist die Anzahl an Strukturpunkten pro Zeiteinheit, die mit einem System erzeugt werden kann. Es zeigt sich dabei, dass eine Strahlformung mit akustooptischem Effekt die höchsten Datenübertragungsraten ermöglicht und somit ein enormes Potential birgt. Dieser Idee wurde in vorliegender Arbeit nachgegangen und so eine neue Technologie für die Laserstrahlformung bei der Materialbearbeitung erforscht. Die Innovation besteht hier in der Berechnung der Signale, die für die akustooptische Laserstrahlformung (AOS) notwendig sind. Im Rahmen dieser Arbeit ist hierfür ein Iterativer-Fourier-Transformations-Algorithmus entwickelt worden, mit dem eine effiziente Strahlformung erreicht wird. Diese Arbeit befasst sich mit der AOS-Technologie zuerst im Allgemeinen: So werden die Umschaltrate, die Leistungsgrenzen für den Einsatz dieser Technologie und die Einschränkungen für die erreichbaren Intensitätsverteilun-gen in der Bearbeitungsebene aufgezeigt. Gerätschaften, die für diese Technologie kommerziell erhältlich sind, können dabei mit meh-reren tausend Watt Laserleistung betrieben werden. Damit ist die AOS nahezu unbegrenzt mit Strahlquellen im kontinuierlichen Betrieb und auch im Pulsbetrieb einsetzbar.
Aktualisiert: 2022-03-17
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Statische und elektronisch konfigurierbare Transmitarray-Antennen für ISM-Anwendungen
In der Radarsensorik ist ein Trend zu immer kompakteren Sensorsystemen zu beobachten. Steigende Arbeitsfrequenzen erlauben die Integration eines Komplettsystems in ein Package oder sogar on-Chip. Damit verbunden ist jedoch auch eine begrenzte für Antennen zu Verfügung stehende Fläche, wodurch die Leistungsfähigkeit der verwendeten Antennen und die Anzahl der Antennenelemente limitiert wird.
Das Konzept der Transmitarray-Antenne hat in den letzten fünf Jahren rasant an Relevanz gewonnen und dient dazu das Abstrahlverhalten einer bestehenden Antenne weiter zu verbessern. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Transmitarray-Konzept im Hinblick auf den Einsatz mit kompakten Sensorsystemen im mmW-Frequenzbereich bei gleichzeitig kostengünstiger Realisierung untersucht. Der Fokus liegt dabei auf den ISM Frequenzbändern bei 24 GHz, 61 GHz und 122 GHz. Das Ziel ist eine umfassende Analyse und Umsetzung verschiedenster Transmitarray-Realisierungsformen. Für eine anwendungsnahe Demonstration des Transmitarray-Konzepts werden zudem unterschiedliche Transmitarray-Antennen mit ebenfalls im Rahmen der Arbeit entwickelten kompakten Radarsensoren kombiniert.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Laser in der Fertigung
Dieses Lehrbuch führt zum einen in die Lasertechnik und die Erzeugung von Laserstrahlung ein, legt jedoch den Schwerpunkt deutlich auf die Anwendung von Laserstrahlung in der Fertigungstechnik. Ausgehend von den Eigenschaften des Laserlichtes und den verschiedenen Strahlquellen, Lasertypen und Systemen werden einzelne Fertigungsverfahren wie Schneiden, Bohren, Schweißen, Löten, Härten oder auch Legieren unter dem Blickwinkel betrachtet, wie dabei Laserstrahlung als technologisches Fertigungswerkzeug eingesetzt werden kann. Für die zweite Auflage wurde das Buch basierend auf Forschung und Entwicklung der letzten 15 Jahre neu bearbeitet und erweitert. Neben zahlreichen Ergänzungen finden sich neue Kapitel, z.B. zu den physikalischen Grundlagen, der Betriebsweise, den Fertigungsverfahren oder auch zum kostengünstigen Einsatz und zu Konstruktionsaspekten beim Lasereinsatz in der Fertigung.
Aktualisiert: 2020-01-01
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Laser in der Fertigung
Dieses Lehrbuch führt zum einen in die Lasertechnik und die Erzeugung von Laserstrahlung ein, legt jedoch den Schwerpunkt deutlich auf die Anwendung von Laserstrahlung in der Fertigungstechnik. Ausgehend von den Eigenschaften des Laserlichtes und den verschiedenen Strahlquellen, Lasertypen und Systemen werden einzelne Fertigungsverfahren wie Schneiden, Bohren, Schweißen, Löten, Härten oder auch Legieren unter dem Blickwinkel betrachtet, wie dabei Laserstrahlung als technologisches Fertigungswerkzeug eingesetzt werden kann. Für die zweite Auflage wurde das Buch basierend auf Forschung und Entwicklung der letzten 15 Jahre neu bearbeitet und erweitert. Neben zahlreichen Ergänzungen finden sich neue Kapitel, z.B. zu den physikalischen Grundlagen, der Betriebsweise, den Fertigungsverfahren oder auch zum kostengünstigen Einsatz und zu Konstruktionsaspekten beim Lasereinsatz in der Fertigung.
Aktualisiert: 2022-06-24
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Lasergestützte Herstellung von Nebenformelementen bei der wirkmedienbasierten Blechumformung
Bei der wirkmedienbasierten Blechumformung sind hohe Wirkdrücke zur Ausformung von Nebenformelementen mit kleinen Übergangsradien notwendig. Bei großflächigen Blechformteilen resultieren daraus hohe Pressenschließkräfte, die nur durch kostenintensive und massive Pressenkonstruktionen beherrschbar sind. Durch eine auf den Bereich des Nebenformelements konzentrierte Lasererwärmung kann eine lokale Senkung der Fließspannung im umzuformenden Blech erzielt werden. Dadurch sind bei lokalen Temperaturen im Bereich der Warmumformung scharf abgegrenzte Dome und Sicken mit geringen Wirkdrücken realisierbar, mit denen bei Raumtemperatur keine Umformung möglich ist. Eine Strahlformung ermöglicht die lokale Anpassung des laserinduzierten Temperaturfeldes, um eine gleichmäßige Formänderungsverteilung im Nebenformelement und damit eine hohe Prozesssicherheit zu gewährleisten. Voraussetzung dafür ist die Verwendung von Stickstoff als gasförmiges Wirkmedium. Die grundsätzliche Anwendbarkeit des Verfahrens sowie eine Steigerung der Grenzformänderung im Zug-Zug-Bereich wird für einen Stahl, eine Aluminium- und eine Magnesiumlegierung wissenschaftlich nachgewiesen.
Aktualisiert: 2019-10-17
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