Skip to main content

2009 | Buch

Laser in der Fertigung

Strahlquellen, Systeme, Fertigungsverfahren

verfasst von: Helmut Hügel, Thomas Graf

Verlag: Vieweg+Teubner

insite
SUCHEN

Über dieses Buch

„Einhergehend mit der zunehmenden Verbreitung und Bedeutung des Lasers in der industri- len Fertigung steigt auch der Bedarf an qualifizierten Mitarbeitern, die den Einsatz dieses Werkzeugs bereits bei der Konstruktion eines Werkstücks und der Planung des Fertigungs- laufs in Betracht ziehen können. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, entsprechende S- dienangebote auf dem Gebiet des Maschinenbaus zu schaffen, um insbesondere Konstr- teure und Fertigungstechniker mit der Lasertechnik vertraut zu machen. “ Der erste dieser beiden einleitenden Sätze aus dem Vorwort des 1992 in der Serie Teubner Studienbücher erschienen Buches Strahlwerkzeug Laser – gewissermassen der Vorgängera- gabe des nun vorgelegten Bandes – ist heute so aktuell wie damals. Andererseits fand w- rend der vergangenen 16 Jahre in Deutschland eine überaus positive Entwicklung statt, in der manche der aus der seinerzeitigen Situation heraus formulierten Vorstellungen realisiert w- den. So ist das Ziel, ein flächendeckendes Lehrangebot für diese Technologie zu schaffen – postuliert im zitierten zweiten Satz – weitgehend erreicht: zahlreiche Technische Universi- ten, Fachhochschulen und sonstige Bildungseinrichtungen vermitteln heute dem technischen Nachwuchs entsprechendes Wissen. In der industriellen Praxis hat sich die Materialbearbeitung mit Laserstrahlung auf vielen F- dern der Produktion in der Tat als eine wichtige, aus der Vielzahl verfügbarer Fertigun- verfahren nicht mehr wegzudenkende Technologie etabliert. Einhergehend damit werden laserbasierte Fertigungsprozesse nicht länger als Sonderverfahren wahrgenommen, sondern als Alternativen, die hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und technischer Besonderheiten sich an anderen zu messen haben. Und der Laser selbst gilt als ein Werkzeug unter anderen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Einführung: Strahlwerkzeug Laser
Zusammenfassung
Das Wort LASER, ein Akronym für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, beschreibt streng genommen einen physikalischen Vorgang, nämlich die Lichtverstärkung durch stimulierte (gebräuchlich auch: induzierte, d.h. erzwungene) Aussendung von Strahlung. Unmittelbar im Zusammenhang mit seiner erstmaligen Realisierung (Maiman, 1960) hat sich jedoch im allgemeinen Sprachgebrauch eingebürgert, das dafür genutzte Gerät so zu bezeichnen. Entsprechend dessen technischer Gestaltung lässt sich elektromagnetische Strahlung – Laserstrahlung – mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen und in einer großen Vielfalt von Anwendungsfeldern nutzen, beispielsweise in der Informationsund Messtechnik, der Biophysik sowie der Medizin, der Materialbearbeitung und der Fusionsforschung. In allen Fällen dient der Laserstrahl primär entweder als Informationsoder als Energieträger.
Helmut Hügel, Thomas Graf
2. Das Werkzeug
Zusammenfassung
Laserstrahlen bestehen wie das Licht aus elektromagnetischen Wellen. Das heutige Wissen über die Natur des Lichtes wurde hauptsächlich in der Zeit vom 17. bis in die Anfänge des 20. Jahrhunderts erarbeitet [1], [2]. Im Jahre 1675 zeigte der Däne Ole Christiansen Römer (1644-1710) aufgrund von Beobachtungen der Finsternis des Jupitermondes Io, dass sich das Licht mit sehr hoher, aber endlicher Geschwindigkeit ausbreitet. Spätere Messungen von Armand Hyppolite Louis Fizeau (1819-1896) mit Hilfe von rotierenden Zahnrädern ergaben 1849 für die Lichtgeschwindigkeit einen Wert von rund dreihunderttausend Kilometern pro Sekunde.
Helmut Hügel, Thomas Graf
3. Grundlagen der Wechselwirkung Laserstrahl/Werkstück
Zusammenfassung
Wie in Kapitel 1 bereits einleitend dargelegt wurde, beruhen die mit Lasern durchführbaren Fertigungsprozesse auf der Umwandlung von auf das Werkstück treffender elektromagnetischer Energie in Wärme. Die Effizienz der Lasermaterialbearbeitung wird deshalb entscheidend davon abhängen, welcher prozentuale Anteil der Strahlenergie diesen Weg nimmt. Denn allein die in der Wechselwirkungszone (WWZ) Laserstrahl/Werkstück freigesetzte Wärmemenge steht bestenfalls (bei Vernachlässigung von Wärmeleitungsverlusten) zur Verfügung, um den gewünschten Bereich des Werkstücks auf die für den Prozess erforderliche Temperatur zu bringen. Die je Energie- und Zeiteinheit „bearbeitbare“ (d.h. in einen bestimmten thermodynamischen Zustand überführbare) Masse bzw. die daraus folgende Prozessgeschwindigkeit ist also ein direktes Maß für die Prozesseffizienz. Im Hinblick auf die Materialbearbeitung nimmt somit die Energieeinkopplung, also die Überführung von eingestrahlter Laserenergie in Prozesswärme, eine zentrale und entscheidende Rolle ein. Die Kenntnis der dabei involvierten physikalischen Mechanismen stellt den Schlüssel zu einer gezielten Prozessgestaltung und -optimierung dar.
Helmut Hügel, Thomas Graf
4. Verfahren
Zusammenfassung
Das Laserstrahlschneiden ist bis heute das in der Industrie am weitesten verbreitete laserbasierte Fertigungsverfahren. Ein Grund dafür mag in seiner relativ einfachen technischen Realisierung liegen; vor allem jedoch ist es die ihm eigene außenordentliche Flexibilität, die es Eingang in so viele Branchen hat finden lassen: Mit dem denkbar einfachsten Schneidwerkzeug, wie es ein fokussierter Laserstrahl darstellt, lässt sich in nahezu jedem Material praktisch jede beliebige Kontur erzeugen. Der Informationsgehalt der herzustellenden Form ist also nicht im Werkzeug, sondern in dessen Bahnführung bzw. Steuerung enthalten, während die verschiedenen Varianten des Verfahrens eine Adaption an die Stoffeigenschaften bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Wirtschaftlichkeits- und Qualitätsmerkmalen erlauben. Die Vorteile gegenüber anderen thermischen Verfahren liegen in der sehr viel höheren Schneidgeschwindigkeit, der größeren Maßhaltigkeit und Formtreue und in der geringeren Abmessung von Wärmeeinflusszonen (WEZ), in welchen chemische und metallurgische Veränderungen auftreten. Beim Trennen von biegeschlaffen Teilen aus Kunststoffen, Textilien oder dünnen Metallfolien kann auch die kraftfreie Wirkung des Scheidwerkzeugs Laserstrahl als posSitives Kriterium gelten.
Helmut Hügel, Thomas Graf
Backmatter
Metadaten
Titel
Laser in der Fertigung
verfasst von
Helmut Hügel
Thomas Graf
Copyright-Jahr
2009
Verlag
Vieweg+Teubner
Electronic ISBN
978-3-8348-9570-7
Print ISBN
978-3-8351-0005-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9570-7

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.