Steigerung der Prozesseffizienz der laserchemischen Bearbeitung durch Vermeidung der gasblasenbedingten Abtragstörungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Erkenntnisse aus den Untersuchungen zur Steigerung der Prozesseffizienz und -qualität des laserchemischen Abtrags lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Durch eine Erhöhung des Prozessdruckes konnte der laserinduzierte Elektrolytsiedeprozess einhergehend mit dem abschirmenden Effekt der Gasblasen reduziert werden. • Dies ermöglichte eine laserchemische Bearbeitung bei erhöhten Laserleistungen und damit erhöhte Abtragsraten. Die Abtragsraten konnten unter den vorliegenden Bedingungen um den Faktor 2,48 gesteigert werden. • Eine Reduzierung der Elektrolytviskosität ermöglichte ebenfalls eine Reduktion der abschirmenden Wirkung der Gasblasen. • Analog zu der Bearbeitung bei erhöhten Prozessdrücken konnte durch eine Reduktion der Elektrolytviskosität die laserchemische Bearbeitung bei erhöhten Laserleistungen durchgeführt werden. Die Abtragsraten konnten unter den vorliegenden Bedingungen um den Faktor 1,64 gesteigert werden. • Unabhängig von der angewandten Parametervariation (erhöhter Prozessdruck bzw. Reduktion der Elektrolytviskosität) konnte ein einheitlicher Grenzwert des abschirmenden Effekts in Bezug auf die Gasblasendurchmesser und Anhaftzeiten der Gasblasen an der Werkstückoberfläche identifiziert werden. • Durch den laserchemischen Einzelblasen-Prozess konnte ein laserchemisches Prozessfenster in Abhängigkeit der Gasblasendurchmesser und Anhaftzeiten der Gasblasen an der Werkstückoberfläche detektiert werden. • Mittels Messung des Einfallswinkels und Berechnung der durch die Gasblasen transmittierten Laserstrahlintensität konnte der Wirkmechanismus des abschirmenden Effekts der Gasblasen auf die transmittierte Laserstrahlintensität zurückgeführt werden. • Die Grenzwerte des abschirmenden Effekts in Bezug auf Gasblasendurchmesser und Anhaftzeiten der Gasblasen an der Werkstückoberfläche können vom LCM-Einzelblasen auf den dynamischen Siedeprozess während der laserchemischen Bearbeitung übertragen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Comparison of boiling bubble behavior during laser chemical machining under superatmospheric pressure. Proc. of the 11th CIRP Conference on Photonic Technologies (LANE 2020), eds.: M. Schmidt, F. Vollertsen, E. Govekar. Procedia CIRP 94, Elsevier B.V. Amsterdam (2020) 561-564
Simons, M., Radel, T., Shanta, V., Vollertsen, F.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.09.075) - Extension of the process window in laser chemical machining by temperature-dependent reduction of the electrolyte viscosity. Int. J. Precis. Eng. Manuf. 22 (2021) 1461-1467
Simons, M., Radel, T., Vollertsen, F.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s12541-021-00548-4) - Laser Chemical Machining with High Process Pressures: Increase of the removal rate in laser chemical machining by increasing the process, Photonics Views 18(S1) (2021) 18-19
Simons, M., Radel, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/phvs.202100003) - Laserchemische Mikrobearbeitung von Inconel 718; Mikroproduktion 10(3) (2021) 26-27
Simons, M., Beste, L-H., Radel, T.
