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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Piezoaktorische Optikmodule zur hochdynamischen Strahlformung für effiziente Lasermaterialbearbeitung

Mittwoch (18.09.2019)
14:30 - 15:00 Uhr Appendix

Die Remote-Technik ist ein sich sehr dynamisch entwickelnder Technologiebereich der Lasermaterialbearbeitung, zum Beispiel für das Schneiden oder Schweißen. Allerdings stoßen die prozesstechnischen Entwicklungen aktuell an ihre Grenzen, wegen der limitierten Oszillationsfrequenz der verfügbaren Optiksysteme, welche traditionell auf Galvo-Scannern basieren. Die Trends aus der industriellen Fertigung zur Steigerung der Produktivität der Bearbeitungsprozesse und zur Verbesserung der Bearbeitungsqualität erfordern zunehmend neben der Strahloszillation in der Bauteil- bzw. Blechebene auch eine hochdynamische Modulation der Leistungsverteilung in vertikaler Richtung (Strahlrichtung). Für das Laserschneiden von dicken Blechen werden dadurch eine Verbesserung der Schnittkantenqualität und eine Steigerung der Schneidgeschwindigkeit erwartet. Beim Laserstrahlschweißen von schwierig schweißbaren Aluminium-Gusswerkstoffen zeichnet sich durch diesen Ansatz eine Stabilisierung des Schweißprozesses ab, welche zu einer Verbesserung der Nahtqualität (Reduzierung der Porosität) führt.

Im Beitrag wird ein neuartiges Optikkonzept für die hochdynamische Laserstrahlformung vorgestellt, welches eine piezoaktorische Fokusmodulation in z-Richtung mit einer Frequenz von bis zu 2,5 kHz realisiert. Die Entwicklung des Aktorkonzeptes und die technische Integration der piezogetriebenen Optikmodule in kommerzielle Laserstrahlschneid- bzw. -schweißköpfe werden detailliert erläutert. Die optische Charakterisierung der Laserstrahlpropagation und die technischen Möglichkeiten zur Fokuslagenmodulation werden dargestellt.

Anwendungsorientierte experimentelle Untersuchungen zum Laserstrahlschneiden und -schweißen weisen die Funktionsfähigkeit der piezogetrieben Strahlmodulation nach und zeigen die Zusammenhänge zwischen den Parametern der Fokusmodulation und dem Prozessverhalten sowie den Schneid- bzw. Schweißergebnissen für typischen Anwendungen auf.

 

Sprecher/Referent:
Dr. Axel Jahn
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Weitere Autoren/Referenten:
  • Paul Böttner
    Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
  • Matthias Bach
    Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG