Einfluss der Temperaturhistorie bei der Lasermaterialbearbeitung auf die Laserenergieabsorption

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274609062

Die Kenntnis der in das Werkstück einkoppelnden thermischen Energie bei der Wechselwirkung der Laserstrahlung mit der Materie spielt für die Planung laserbasierter und laserunterstützter Bearbeitungsprozesse eine entscheidende Rolle. Gegenstand des beantragten Forschungsvorhabens stellt die Gewinnung neuer grundlegender Erkenntnisse zum Einkoppelverhalten der (defokussierten) Laserstrahlung bei hochdynamischer Bearbeitung industrierelevanter Stähle mit dem Untersuchungsschwerpunkt des Einflusses der Temperaturhistorie und damit im Zusammenhang stehender Oberflächenmodifikation. Dazu soll über das Formen unterschiedlicher Temperatur-Zeit-Verläufe bei simultanen Reflexions- und Temperaturmessungen, sowie durch Pre- und Postcharakterisierung des Oberflächenzustandes ein phänomenologisches, lasthistorienabhängiges Modell des spektralen Absorptionsgrades aufgestellt werden. Das Einkoppelverhalten soll unter Normal- sowie Schutzgasatmosphärenbedingungen untersucht werden, wodurch der Aspekt der Oberflächenoxidation herausgestellt werden soll. Des Weiteren soll der Einfluss des unterschiedlichen Bearbeitungszustandes der Oberfläche (gefräst, poliert, unbehandelt) auf das dynamische Verhalten geprüft werden. Die zu erzielenden Ergebnisse sollen die Basis für das Ziel darstellen den Absorptionskoeffizienten in numerischen Simulationen nicht als einen skalaren Eingansparameter vorgeben zu müssen, sondern diesen aufgrund des Ausgangs-Oberflächenzustandes (insbesondere der Struktur) und der Lasthistorie berechnen zu können. Das Anwendungsgebiet für ein solches Modell ist vielfältig: Thermisches Umformen, Verzugskompensation in Prozessen und Prozessketten, laserunterstütztes mechanisches Umformen und Scherschneiden, Wärmeleitschweißen, Härten und andere.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen