Energietransportmechanismen und ihre Auswirkungen auf die Matrixschädigung bei der gepulsten Laserbearbeitung Carbonfaser verstärkter Kunststoffe

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Graf
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262128969

Der stark inhomogene Aufbau von Carbonfaser verstärkten Kunststoffen (CFK) begünstigt eine thermische Schädigung des Materials und birgt somit besondere Schwierigkeiten für die Lasermaterialbearbeitung. Eine Hauptursache für die thermische Schädigung ist die gute Wärmeleitung entlang der Carbonfasern wodurch Wärme in den Verbund gelangt und die Matrix geschädigt wird. Allerdings ist dies nicht der einzige Mechanismus, welcher zur thermischen Schädigung des CFK Verbundes führt. Weitere Energieumverteilungsmechanismen wie Reflektion von Laserstrahlung am runden Querschnitt der Carbonfasern, heiße Ablationsprodukte und Oxidation beeinflussen ebenfalls die thermische Schädigung des Materials. Im Rahmen dieses Projekts sollen daher die physikalischen Prozesse quantifiziert werden, welche die Einbringung und Umverteilung der einfallenden Energie bei der gepulsten Bearbeitung von CFK beeinflussen. Geplant ist die Berücksichtigung der folgenden Effekte: (i) Wärmeakkumulationseffekt bei der Wärmeleitung entlang der Carbonfasern in den Verbund; (ii) Reflektion von Laserstrahlung während der Bearbeitung aufgrund der inhomogenen Materialstruktur; (iii) Wärmetransport aufgrund der Ausbreitung des heißen Dampfs / Plasmas; (iv) Zusätzlicher Energieeintrag und Einfluss auf Materialabtrag durch Oxidation des Materials. Die meisten dieser Effekte treten nicht ausschließlich bei der Bearbeitung von CFK auf, allerdings treten sie hier aufgrund der Inhomogenität des Materials besonders deutlich hervor und erlauben so eine experimentelle und theoretische Differenzierung und Quantifizierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research
• Beteiligte Person: Dr. Vitaly Konovkonov