"Riblets für Verdichterschaufeln - Entwicklung von Fertigungsverfahren, Charakterisierung der Oberflächen und experimentelle Bewertung der Verlustminderung" - Teilprojekt "Fertigung der Schaufeloberflächendurch Laserabtrag"

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Ostendorf
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5432378

Die präzise Strukturierung von metallischen Oberflächen mittels Laserstrahlung wird gegenwärtig durch zwei unterschiedliche Parameterfelder gelöst. Bei der Nutzung von gütegeschalteten Systemen mit Pulsdauern bis hinunter in den Nanosekundenbereich ist der Prozess durch ein thermisches Gleichgewicht und die damit verbundene Entstehung einer Schmelzzone charakterisiert. Dem Nachteil der eingeschränkten Präzision stehen hierbei allerdings eine hohe Abtragsleistung und eine gute Prozesseffizienz positiv entgegen. Die zweite Möglichkeit beruht auf der Nutzung von Femtosekundenpulsen. Die bei der ultraschnellen Absorption auftretende energetische Entkopplung von Elektronen- und Festkörpergittersystem führt zu einer transienten Wechselwirkung verbunden mit höchster Abtragspräzision bei allerdings geringer Abtragsleistung. Der vorliegende Antrag soll systematisch für den flächigen Abtrag das Parameterfeld der Pikosekundenlaser zwischen diesen beiden Randbereichen erforschen und dabei den graduellen Übergang der Phänomene in Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften darstellen. Mit Hilfe von Extrapolationen soll ein optimales Fenster definiert werden, in dem bei hoher Abtragsleistung eine der Femtosekundenbearbeitung vergleichbare Präzision erzielbar ist. Schmelzeffekte, so weit sie sich nicht vollständig unterdrücken lassen, sollen genutzt werden, um die Abtragsleistung bei hoher Reproduzierbarkeit zu steigern. Dieses Verfahren soll am Beispiel der Fertigung von Riblets in Turbomaschinenschaufeln im Modellversuch simuliert (Dr. Meyer) und an Verdichterschaufeln erprobt (Prof. Seume) werden. Daneben soll in enger Verzahnung mit dem messtechnischem Teilprojekt (Prof. Reitmeier) die generelle Beurteilung der deterministisch erzeugten Oberflächenstrukturen und die Korrelation mit den Laserparametern durchgeführt werden. Hierbei ist insbesondere die Fragestellung zu untersuchen, inwiefern sich die für die Riblets benötigten scharfkantigen Strukturen durch den Lasereinsatz annähern lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen