SPP 1139:  Extension of the Process Limits in Materials Processing with Laser Radiation

• Subject Area: Mechanical and Industrial Engineering ; Thermal Engineering/Process Engineering
• Term: from 2002 to 2008
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5471703

The basic physical and chemical processes are investigated, which are interacting during materials processing with laser radiation. The goal is to extend the empirial limits of velocity and precision in processing up to the physical limits by flexible spatial and temporal energy deposition in the material, which allows a defined spatial and temporal modulation of the energy flux density.The goal requires a general understanding of the processes in materials processing for the transition from thermal equilibrium to non-thermal equilibrium with special consideration of non-thermal melts. The melt dynamics plays an important role since it dominates for most of the materials the quality and the efficiency of processing.The topics of research work rely to the following areas:1. Spatial and temporal modulation of the influencing processing parameters as well in the microscopic as in the macroscopic scale taking into account modelling and simulation2. Systematic evaluation of methods and modelling of processes for the extension of the process limits considering reverse engineering and self-learning processes3. Temporal, spatial, and spectral steering of the distribution in energy flux density of the laser radiation for process-adapted energy deposition4. Melt formation and melt flow for the understanding of the free boundary problem5. Kinetics of vaporisation with and without melt formation (see materials) especially for short pulse techniques and intensities < 1015 W/cm²6. Solidification of melt and resulting quality of materials processing, e. g. for cutting, drilling, welding, cladding, generating, and alloying7. Dynamics of heat conduction in the microscopic and macroscopic scale with its influence on quality, efficiency, and velocity of processingThe main emphasis is on materials such as metals, ceramics, polymers, and organics including dimensions above the wavelength of laser radiation used.

• DFG Programme: Priority Programmes

Projects

• Adaptive material processing with the help of shaped ultrashort light pulses (Applicant Baumert, Thomas )
• Analyse der hydrodynamischen Prozesse beim Laserstrahl-MSG-Hybridschweißen und Untersuchung der Parametereinflüsse (Applicant Dilthey, Ulrich )
• Basic research on enhancing the process of laser beam welding of plastics (Applicant Schmidt, Michael )
• Beeinflussung der Prozesscharakteristik des Laserstrahlschweißens durch adaptives Strahlpendeln (Applicant Beyer, Eckhard )
• Beeinflussung der Schmelzedynamik und Prozessstabilität beim Laserstrahlschweißen mit höchster Strahlqualität (Applicant Walther, Ralf )
• Broadening of the process limits in laser polishing of steel by analysis of the surface structure formation (Applicant Poprawe, Reinhart )
• Direct Laser Synthesis by Laser irridiation of Materials surfaces in reactive Atmospheres (Applicant Schaaf, Peter )
• Effizienz und Qualität beim tiefen Legieren von Leichtmetallen durch einen schnell modulierten, hochintensiven Laserstrahl (Applicant Habedank, Gabriele )
• Effizienzsteigerung beim Mikroabtrag mit Festkörperlasern durch tailored pulse trains - TPT (Applicant Gillner, Arnold )
• Erweiterung der Prozessgrenzen beim Laser-Pulver-Auftragsschweißen durch Verminderung von Spannungen und Verzug mittels prozessoptimierender Energiedeposition (Applicant Beyer, Eckhard )
• Erweiterung der Verfahrensgrenzen für das Laserstrahlpolieren von Freiformflächen (Applicant Poprawe, Reinhart )
• Gezielte Beeinflussung der Fluiddynamik beim Laserschweißen von Thermoplasten zur Steigerung von Schweißgeschwindigkeit, Nahtfestigkeit und Spaltüberbrückung (Applicant Potente, Helmut )
• Hochgeschwindigkeitsbeschichten mit dem Laserstrahl (Applicant Sepold, Gerd )
• Improvement of laser weldability of hot cracking sensitive materials (Applicant Brenner, Berndt )
• Investigation of the influence of electromagnetic fields on the melt pool during laser cladding and laser generating (Applicant Wilden, Johannes )
• Klärung der Einflüsse einer zeitlich veränderlichen Wärmequelle auf die Schmelzbaddynamik und auf die Erstarrung (Applicants Boeck, Thomas ;  Wilden, Johannes )
• Laserstrahlschweißen mit Dynamischer Polarisation (Applicant Staupendahl, Gisbert )
• Modellierung und Charakterisierung der intermetallischen Phasenbildung in Laserschweißnähten von Titan-Aluminium und Eisen-Aluminium Schweißverbindungen (Applicant Frommeyer, Georg )
• Prozesstechnische Optimierung des Laserdurchstrahlschweißens von Thermoplasten (Applicants Meier, Oliver ;  Potente, Helmut )
• Selbstlernende Mehrgrößendiagnostik und - regelung von Lasermaterialbearbeitungsprozessen (Applicant Otto, Andreas )
• SEM and TEM investigation of material ablation and redeposition mechanisms induced by pulsed laser drilling (Applicant Luft, Arnhold )
• Steuerung der Energiedeposition durch aktive 3D-Strahlformung für die abtragende Lasermikromaterialbearbeitung (Applicant Metev, Simeon )
• Tayloring of the spatiotemporal structure of laser radiation for material processing via mirrors based on stimulated Brillouin scattering (Applicant Ostermeyer, Martin )
• Untersuchung der Schmelzdynamik beim Laserstrahlbohren zur Qualitäts- und Effizienzsteigerung (Applicant Dausinger, Friedrich )
• Untersuchungen zur Erweiterung der Prozessgrenzen beim Laserstahlhartlöten von Aluminiumverbindungen unter gezielter Beeinflussung der Energiestromdichteverteilung (Applicant Klocke, Fritz )
• Untersuchungen zur Prozessstabilität beim Laserstrahlgenerieren filigraner Stegstrukturen mit hohem Aspektverhältnis (Applicants Thess, André ;  Wilden, Johannes )
• Utilization of electromagnetic volume forces to shape the seam geometry and to enhance the process stability during laser beam welding (Applicant Hügel, Helmut )
• Verbesserung der Abtragsqualität bei der UV-Laser Ablation durch kaskadierte Bestrahlung (Applicant Ostendorf, Andreas )
• Zeit- und ortsaufgelöste Untersuchungen dynamischer Prozesse bei der Femtosekunden- und Piktosekundenlaser-Materie-Wechselwirkung (Applicant Kreutz, Ernst Wolfgang )
• Überwindung begrenzender Faktoren beim Schweißen mit Lasern hoher Strahlqualität und Leistung (Applicant Graf, Thomas )

• Spokesperson: Professor Dr. Reinhart Poprawe