Thermischer Drift beim Laserschneiden von metallischen Netzen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424264718

Der Trend zu höherer Produktkomplexität hinsichtlich Funktionalität und Präzision macht es erforderlich, das Verständnis von Fertigungstechnologien zu erweitern, um den Herausforderungen in der Forschung sowie auch industriellen Produktion zu begegnen. Dieser Trend ist unter anderem im Bereich von Audiosystemen wie Schallwandlern oder der Oberflächenanalytik wie der Elektronenspektroskopie zu beobachten. Für letzteres ist die zentrale Komponente für die Analyse von Oberflächen eine Netzkalotte, die als Teil einer elektronenoptischen Linse fungiert und der Fokussierung von Elektronenstrahlen dient. Solche Bauteile bestehen aus Netzstrukturen, die durch Laserbearbeitung und anschließenden Tiefziehen hergestellt werden. Die dünnen metallischen Netzstrukturen weisen eine geringe Steifigkeit gegenüber Vollmaterial auf. Zusätzlich kann über die Stege des Netzes nur eine geringere Menge an Wärme aus dem Bearbeitungsbereich abtransportiert werden. Ungeeignete Bearbeitungsstrategien führen zu einer Wärmeakkumulation und folglich zu einer stärkeren thermischen Ausdehnung. Dies führt durch die Laserbearbeitung zu einer Abweichung der Stegbreiten und somit zu einer Verminderung der Qualität der Netzkalotten. Die Laserbearbeitung von dünnen Blechen erfordert daher neue Techniken und Methoden zur Lösung dieser Herausforderungen. Bisherige Untersuchungen zielten vornehmlich auf die lokale Beeinflussung der Materialoberfläche durch die Lasermaterialbearbeitung ab. Es konnte gezeigt werden, dass die Oberflächenbeschaffenheit bei der Laserbearbeitung besonders durch das Umgebungsmedium und die Scangeschwindigkeit des Lasers beeinflusst wird, wohingegen der Wärmeeinfluss unter anderem durch die Pulsdauer sowie durch die Fluenz und Frequenz des Lasers beeinflusst wird. Wenig Beachtung findet bisher die Betrachtung des globalen thermischen Drifts bei der Einbringung einer großen Anzahl an Mikrostrukturen auf einer großen dünnen Blechfläche. Aus den eigenen Vorarbeiten leitet sich ab, dass die Scanstrategie die Wärmeakkumulation im Blech und den Abtransport aus dem Bearbeitungsbereich beeinflusst. Es fehlt bisher eine Methodik, die den thermischen Drift innerhalb der Netzstruktur in Abhängigkeit der gewählten Bearbeitungsstrategie beschreibt, damit dieser vermieden werden kann. Es ist anzunehmen, dass durch die Scanstrategie gezielt eine geringe Temperaturabweichung über den gesamten zu bearbeitenden Bereich eingestellt werden kann, wodurch ein gleichmäßiger thermischer Drift ermöglicht wird und somit gleichmäßige Stegbreiten und Aussparungen entstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen