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2021 | OriginalPaper | Chapter

10. Laserstrahlbearbeitung von CFK und artverwandter Faserverbundkunststoffe

Author : Wolfgang Hintze

Published in: CFK-Bearbeitung

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Zusammenfassung

Die Bearbeitung konsolidierter FVK-Bauteile mittels Laserstrahl ist in Einzelfällen wettbewerbsfähig, wenn verschiedene Voraussetzungen seitens des Werkstoffs, der Bauteilgeometrie und der Qualitätsanforderungen erfüllt sind. Industriell bedeutsam ist die Laserstrahlbearbeitung für den Zuschnitt von Faser-Halbzeugen im trockenen, d. h. harzfreien Zustand. Die kraftfreie Werkstofftrennung stellt hierbei einen erheblichen Vorteil dar und gestattet das Trennen trockener Faser-Halbzeuge mit stark gekrümmten Konturen. Um für eine vorliegende Bearbeitungsaufgabe die Eignung der Lasertechnologie unter Qualitäts- und Produktivitätsgesichtspunkten beurteilen zu können, werden wesentliche Grundlagen der Lasertechnik beschrieben. Sie umfassen die physikalischen Grundbegriffe, die Formung, Fokussierung und Führung des Laserstrahls, die zur Energieeinkopplung und Wärmeleitung bei Faserverbundkunststoffen relevanten Mechanismen, die zeitlichen und energetischen Kenngrößen der Laserstrahlbearbeitung, die Abtragsmechanismen sowie die Wirkzusammenhänge zwischen Laserstrahl und Qualitätskenngrößen. Anwendungsbezogen werden die Bearbeitbarkeit von Faserverbundkunststoffen mittels Laserstrahl, Verfahrensvarianten der Laserstrahlbearbeitung sowie Arbeitsschutzaspekte behandelt.

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Baudach S, Bonse J, Kautek W (1999) Ablation experiments on polyimide with femtosecond laser pulses. Appl Phys A Mater Sci Process 69(7):S395–S398. https://doi.org/10.1007/s003390051424 CrossRef

Bliedtner J, Müller H, Barz A (2013) Lasermaterialbearbeitung. Grundlagen – Verfahren – Anwendungen – Beispiele. Hanser, München

Bluemel S, Bastick S, Staehr R, Jaeschke P, Suttmann O, Overmeyer L (2016) Laser cutting of CFRP with a fibre guided high power nanosecond laser source – influence of the optical fibre diameter on quality and efficiency. Phys Proc 83:328–335. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.08.034 CrossRef

Bosman J (2007) Processes and strategies for solid state Q-switch laser marking of polymers. PhD-Thesis. University of Twente, Enschede

Canisius M (2018) Prozessgüte für das Laserstrahltrennen kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe. Dissertation. Technische Universität Hamburg, Hamburg

Capricano G, Tagliaferri V (1988) Maximum cutting speed in laser cutting of fiber reinforced plastics. Int J Mach Tools Manuf 28(4):389–398. https://doi.org/10.1016/0890-6955(88)90052-1 CrossRef

Cenna AA, Mathew P (1997) Evaluation of cut quality of fibre-reinforced plastics — a review. Int J Mach Tools Manuf 37(6):723–736. https://doi.org/10.1016/S0890-6955(96)00085-5 CrossRef

DIN EN 207 (2017) Persönlicher Augenschutz – Filter und Augenschutzgeräte gegen Laserstrahlung (Laserschutzbrillen). DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Beuth Verlag GmbH, Berlin

DIN EN 208 (2010) Persönlicher Augenschutz – Augenschutzgeräte für Justierarbeiten an Lasern und Laseraufbauten (Laser-Justierbrillen). DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Beuth Verlag GmbH, Berlin

DIN EN 60825-1 (2015) Sicherheit von Lasereinrichtungen. Teil 1: Klassifizierung von Anlagen und Anforderungen. DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Beuth Verlag GmbH, Berlin

DIN EN 60825-4 (2011) Sicherheit von Lasereinrichtungen. Teil 4: Laserschutzwände. DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Beuth Verlag GmbH, Berlin

DIN EN ISO 11146-1 (2005) Laser und Laseranlagen - Prüfverfahren für Laserstrahlabmessungen, Divergenzwinkel und Beugungsmaßzahlen. Teil 1: Stigmatische und einfach astigmatische Strahlen. DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Beuth Verlag GmbH, Berlin

DIN EN ISO 11553-1 (2009) Sicherheit von Maschinen - Laserbearbeitungsmaschinen - Teil 1: Allgemeine Sicherheitsanforderungen. DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Beuth Verlag GmbH, Berlin

Dirscherl M (2005) Ultrakurzpulslaser – Grundlagen und Anwendungen. BLZ Bayerisches Laserzentrum, Erlangen

Emmelmann C, Petersen M, Goeke A, Canisius M (2011) Analysis of laser ablation of CFRP by ultra-short laser pulses with short wavelength. Phys Proc 12:565–571. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.071 CrossRef

Fischer F, Romoli L, Kling R (2010) Laser-based repair of carbon fiber reinforced plastics. CIRP Ann 59(1):203–206. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2010.03.075 CrossRef

Fischer F, Romoli L, Kracht D (2012) Laser-based repair for carbon fiber reinforced composites. In: Hocheng H (Hrsg) Machining technology for composite materials. Principles and practice. Woodhead Pub, Philadelphia, Pa:309–330

Freitag C (2016) Energietransportmechanismen bei der gepulsten Laserbearbeitung Carbonfaser verstärkter Kunststoffe. Dissertation. Universität Stuttgart, Stuttgart

Freitag C (2018) Strategien zur hochpräzisen und schädigungsarmen Laserbearbeitung von CFK. In: Möhring H-C, Schneider M, Middendorf P (Hrsg) 8. IfW-Tagung Bearbeitung von Verbundwerkstoffen, 29.11.2018. Stuttgart

Freitag C, Weber R, Graf T (2014) Polarization dependence of laser interaction with carbon fibers and CFRP. Opt Express 22(2):1474–1479. https://doi.org/10.1364/OE.22.001474 CrossRef

Fürst A (2017) Laserstrahlschneiden von Faser-Kunststoff-Verbunden. Dissertation. Technische Universität Dresden, Dresden

GefStoffV (2017) Verordnung zum Schutz vor Gefahrstoffen (Gefahrstoffverordnung). Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)

Goeke A, Emmelmann C (2010) Influence of laser cutting parameters on CFRP part quality. Phys Proc 5:253–258. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2010.08.051 CrossRef

Harder S, Schmutzler H, Hergoss P, Freese J, Holtmannspötter J, Fiedler B (2019) Effect of infrared laser surface treatment on the morphology and adhesive properties of scarfed CFRP surfaces. Compos A Appl Sci Manuf 121:299–307. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.02.025 CrossRef

Hauptmann J (2018) Werkstoffgerechtes Laserstrahlschneiden von Faserverbundwerkstoffen. In: Fraunhofer-Allianz Leichtbau (Hrsg) Composite Engineer. Bearbeitung, 25.09.–27.09.2018. Hamburg

Herzog D, Schmidt-Lehr M, Oberlander M, Canisius M, Radek M, Emmelmann C (2016) Laser cutting of carbon fibre reinforced plastics of high thickness. Mater Des 92:742–749. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.12.056 CrossRef

Holder D, Boley S, Buser M, Weber R, Graf T (2018) In-process determination of fiber orientation for layer accurate laser ablation of CFRP. Proc CIRP. 74:557–561. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.087 CrossRef

Hügel H, Graf T (2009) Laser in der Fertigung. Strahlquellen, Systeme, Fertigungsverfahren. Vieweg + Teubner, Wiesbaden

Klocke F, König W (2007) Fertigungsverfahren 3. Abtragen, Generieren Lasermaterialbearbeitung. Springer , Berlin, Heidelberg

König W, Trasser F-J (1989) Laserstrahlschneiden von Verbundwerkstoffen mit duro- und thermoplastischer Matrix. Laser- Und Optoelektronik. 21(3):98–104

Kononenko TV, Freitag C, Komlenok MS, Onuseit V, Weber R, Graf T, Konov VI (2015) Heat accumulation effects in short-pulse multi-pass cutting of carbon fiber reinforced plastics. J Appl Phys 118(10):103105. https://doi.org/10.1063/1.4930059 CrossRef

Krismann U (1994) Laser- und Wasserstrahlschneiden endlosfaserverstärkter Thermoplaste. Dissertation. Technische Universität Berlin, Berlin

Meijer J, Du K, Gillner A, Hoffmann D, Kovalenko VS, Masuzawa T, Ostendorf A, Poprawe R, Schulz W (2002) Laser Machining by short and ultrashort pulses, state of the art and new opportunities in the age of the photons. CIRP Ann 51(2):531–550. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)61699-0 CrossRef

Mucha P (2015) Qualitäts- und produktivitätsbeeinflussende Mechanismen beim Laserschneiden von CF und CFK. Dissertation. Universität Stuttgart, Stuttgart

Müllegger A, Schmid J (2018) Possible applications of laser technology at the processing of fiber reinforced plastics. In: Möhring H-C, Schneider M, Middendorf P (Hrsg) 8. IfW-Tagung Bearbeitung von Verbundwerkstoffen, 29.11.2018. Stuttgart:2–18

OStrV (2017) Verordnung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdungen durch künstliche optische Strahlung (Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung). Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)

Poprawe R (2005) Lasertechnik für die Fertigung. Grundlagen, Perspektiven und Beispiele für den innovativen Ingenieur; mit 26 Tabellen. Springer, Berlin, Heidelberg

Schöps B (2014) Untersuchung des Abtrags dünner Metallschichten mit ultrakurzen Laserpulsen. Dissertation. Ruhr-Universität Bochum, Bochum

Schweizer M, Meinhard D, Ruck S, Riegel H, Knoblauch V (2017) Adhesive bonding of CFRP: a comparison of different surface pre-treatment strategies and their effect on the bonding shear strength. J Adhes Sci Technol 31(23):2581–2591. https://doi.org/10.1080/01694243.2017.1310695 CrossRef

See TL (2015) Laser surface texturing – Fundamental study and applications. PhD-Thesis. The University of Manchester, Manchester

Stock J (2017) Remote-Laserstrahltrennen von kohlenstofffaserstärktem Kunststoff. Dissertation. Technische Universität München, München

Stock JW, Zäh MF, Spaeth JP (2014) Remote laser cutting of CFRP: influence of the edge quality on fatigue strength. In: Dorsch F (Hrsg) High-power laser materials processing: lasers, beam delivery, diagnostics, and applications III. SPIE LASE, Saturday 1 February 2014. San Francisco, California, United States. SPIE:89630T. https://doi.org/10.1117/12.2037793

TA Luft (2002) Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit

Trasser F-J (1992) Laserstrahlschneiden von Verbundkunststoffen. Werkstofforientierte Prozessauslegung des Laserstrahlschneidens von aramid- und glasfaserverstärkten Duroplasten. Dissertation. RWTH Aachen, Aachen

TRGS 521 (2008) Technische Regeln für Gefahrstoffe - Abbruch-, Sanierung- und Instandhaltungsarbeiten mit alter Mineralwolle. Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)

TRGS 900 (2018) Technische Regel für Gefahrstoffe - Arbeitsplatzgrenzwerte. Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)

TRGS 905 (2016) Technische Regeln für Gefahrstoffe - Verzeichnis krebserzeugender, keimzellmutagener oder reproduktionstoxischer Stoffe. Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)

VDI 2263 (2018) Staubbrände und Staubexplosionen – Gefahren – Beurteilung – Schutzmaßnahmen. VDI-Gesellschaft Energie und Umwelt. Beuth Verlag GmbH, Berlin

Walter J, Hustedt M, Staehr R, Kaierle S, Jaeschke P, Suttmann O, Overmeyer L (2014) Laser cutting of carbon fiber reinforced plastics – investigation of hazardous process emissions. Phys Procedia 56:1153–1164. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.030 CrossRef

Weber R, Graf T, Berger P, Onuseit V, Wiedenmann M, Freitag C, Feuer A (2014) Heat accumulation during pulsed laser materials processing. Opt Exp 22(9):11312–11324. https://doi.org/10.1364/OE.22.011312 CrossRef

Weber R, Hafner M, Michalowski A, Graf T (2011) Minimum damage in CFRP laser processing. Phys Proc 12:302–307. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.137 CrossRef

Wolynski A, Herrmann T, Mucha P, Haloui H, L’huillier J (2011) Laser ablation of CFRP using picosecond laser pulses at different wavelengths from UV to IR. Phys Proc 12:292–301. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.136 CrossRef

Title: Laserstrahlbearbeitung von CFK und artverwandter Faserverbundkunststoffe
Author: Wolfgang Hintze
Publisher: Springer Berlin Heidelberg
Book: CFK-Bearbeitung
Print ISBN: 978-3-662-63264-2

Electronic ISBN: 978-3-662-63265-9

Copyright Year: 2021
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-63265-9_10

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