Prozessauslegung

Energetische Prozessauslegung und -bewertung zur Bestimmung von Leistungsbedarf und Wirkungsgrad von Lasermaterialbearbeitungsprozessen

Energetische Prozessauslegung und -bewertung zur Bestimmung von Leistungsbedarf und Wirkungsgrad von Lasermaterialbearbeitungsprozessen
© Fraunhofer IWS Dresden
Energetische Prozessauslegung und -bewertung zur Bestimmung von Leistungsbedarf und Wirkungsgrad von Lasermaterialbearbeitungsprozessen

Die energetische Bewertung von Lasermaterialbearbeitungsprozessen nicht ausschließlich aber auch im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren gewinnt unter dem Aspekt der Entwicklung ressourcenschonender Fertigungstechnologien zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen einer statischen Prozessbetrachtung auf Grundlage der thermodynamischen Grundgesetze kann die Nutzenergie für stationäre bzw. die Nutzleistung für kontinuierliche Prozesse in der Regel unter Berücksichtigung der entsprechenden Zustandsgleichungen und gegebenenfalls involvierter Phasenübergänge hinreichend genau abgeschätzt werden. Dieser Wert entspricht dem Leistungsbedarf und ist ausschlaggebend für die Durchführbarkeit eines Bearbeitungsprozesses unter energetischen Gesichtspunkten.

Dem theoretischen Leistungsbedarf (Nutzleistung) steht die tatsächlich einzusetzende Laserenergie bzw. -leistung (Leistungsangebot) gegenüber, die zur technischen Realisierung eines zu bewertenden Bearbeitungsprozesses benötigt wird. Der Prozesswirkungsgrad ist dann als das Verhältnis von Nutzleistung zu Leistungsangebot definiert. Die Größe des Prozesswirkungsgrades wird durch die nicht vermeidbaren Energie- und Leistungsverluste während des Bearbeitungsprozesses bestimmt, die sich aus einem primären (Verluste ohne Energieumwandlung) und einem sekundären Anteil (Verluste mit Energieumwandlung) zusammensetzen. In Abhängigkeit des Größenverhältnisses beider Anteile können Maßnahmen zur Verbesserung des Prozesswirkungsgrades abgeleitet und bewertet werden.

Basierend auf unseren Erfahrungen in der Auslegung von Lasermaterialbearbeitungsverfahren bieten wir Unterstützung bei der Ermittlung des Leistungsbedarfs für angedachte neue Prozesse sowie deren energetische Bewertung auf Basis der beschriebenen prinzipiellen Vorgehensweise an.