Machbarkeitsanalyse

Theoretische Machbarkeitsanalyse von Lasermaterialbearbeitungsprozessen im Vorfeld von und in Ergänzung zu experimentellen Untersuchungen

Verfahrensprinzip in einem mehrschichtigen Material (Bearbeitungsgeschwindigkeit = 300 m/min)
© Fraunhofer IWS Dresden
Verfahrensprinzip in einem mehrschichtigen Material (Bearbeitungsgeschwindigkeit = 300 m/min)
Berechnete Temperaturverteilung in einem mehrschichtigen Material (Bearbeitungsgeschwindigkeit = 300 m/min)
© Fraunhofer IWS Dresden
Berechnete Temperaturverteilung in einem mehrschichtigen Material (Bearbeitungsgeschwindigkeit = 300 m/min)

Das Strahlwerkzeug Laser hat bereits eine Vielzahl von Anwendungen in der industriellen Praxis für sich erschließen können, die sowohl Bereiche der Makro- als auch der Mikrobearbeitung betreffen. Als besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz von Laserstrahlen, wenn hohe Leistungsintensitäten räumlich und zeitlich konzentriert für einen Materialbearbeitungsprozess benötigt werden. Andererseits wird unter Nutzung der technischen Möglichkeiten der schnellen Strahlablenkung und der Strahlformung auch zunehmend die großflächige Bearbeitung von Werkstoffen interessant. Neue Einsatzmöglichkeiten ergeben sich beispielsweise bei der Verwendung neuer Materialien und Werkstoffklassen, bei einem aussichtsreich angesehenen Ersatz bisher verwendeter konventioneller Wärmequellen für eine bestimmte Aufgabenstellung, oder bei der Erarbeitung und Entwicklung innovativer Fertigungstechnologien. Trotz der möglicherweise höheren Investitionskosten für ein Lasersystem kann der Einsatz sinnvoll sein, wenn im Gegenzug die Betriebskosten für Primär- und Sekundärenergien insbesondere unter den Rahmenbedingungen einer kontinuierlich durchgeführten Fertigung reduziert werden können.

Basierend auf unserem Erfahrungswissen in der Auslegung, Modellierung, Analyse und Simulation bieten wir Bewertungen der Machbarkeit und Umsetzbarkeit von angedachten und in der Planung befindlichen Lasermaterialbearbeitungsprozessen an, für die bisher keine oder nur unzureichende experimentelle Daten vorliegen. Dies schließt zum einen die Bestimmung des Leistungsbedarfs einer gegebenen Bearbeitungsaufgabe sowie andererseits Fragestellungen zur technischen Realisierbarkeit ein. Beispielgebend ist in Abbildung 1 das Verfahrensprinzip und eine berechnete Temperaturverteilung einer laserbasierten thermischen Aktivierung eines mehrschichtigen Materials gezeigt, dessen Erwärmung unter strikten Randbedingungen bezüglich der Maximal- und der mittleren Ausgleichstemperaturen erfolgen musste.

Unter Nutzung der am Fraunhofer IWS vorhandenen Anlagen- und Versuchstechnik besteht hierbei auch immer die Möglichkeit theoretisch gefundene Lösungsansätze unmittelbar einer experimentellen Verifizierung zu unterziehen.