Bliedtner / Müller / Barz Lasermaterialbearbeitung
1. Auflage 2013
ISBN: 978-3-446-42929-1
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
Grundlagen - Verfahren - Anwendungen - Beispiele
E-Book, Deutsch, 530 Seiten
ISBN: 978-3-446-42929-1
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
- die Grundlagen der Lasertechnik, die für das Verständnis der Lasermaterialbearbeitung notwendig sind,
- Laserstrahlungsquellen und die für die Lasermaterialbearbeitung wichtigen Laserarten,
- Laserstrahleigenschaften und Wechselwirkungsprozesse zwischen Laserstrahlung und Materie,
- typische Materialbearbeitungsanlagen sowie Strahlformungs- und Strahlführungselemente,
- alle Verfahren der Lasermaterialbearbeitung (Abtragen, Bohren, Beschriften, spannungsinduziertes Trennen, Schneiden, Schweißen, Löten, Härten, Generieren, lasergestützte RP-Verfahren),
Die beigefügte DVD enthält Videos zu Verfahren und Grundlagen des Fachgebietes.
Prof. Dr. Jens Bliedtner leitet die Arbeitsgruppe Fertigungstechnik und -automatisierung an der Ernst-Abbe-Hochschule Jena im Fachbereich SciTec.
Autoren/Hrsg.
Fachgebiete
Weitere Infos & Material
1;Inhalt;11
2;1 Einleitung;17
3;2 Grundlagen der Lasertechnik;23
3.1;2.1 Licht als elektromagnetische Welle;23
3.2;2.2 Emission und Absorption;25
3.3;2.3 Grundanordnung eines Lasers;27
3.3.1;2.3.1 Erzeugung einer Besetzungsinversion;29
3.3.2;2.3.2 Linienbreite und Linienform;31
3.3.3;2.3.3 Strahlungsverstärkung;32
3.4;2.4 Optische Resonatoren;33
3.4.1;2.4.1 Grundformen;34
3.4.1.1;2.4.1.1 Stabiler Resonator;35
3.4.1.2;2.4.1.2 Instabiler Resonator;36
3.4.2;2.4.2 Resonatoranforderungen;36
3.4.3;2.4.3 Eigenschwingungen des Resonators (Moden);37
3.4.3.1;2.4.3.1 Transversale Moden;37
3.4.3.2;2.4.3.2 Axiale Moden;39
3.4.4;2.4.4 Die Gu?te des Resonators;40
3.4.5;2.4.5 Zeitliche und räumliche Kohärenz;41
3.4.6;2.4.6 Kopplung von Eigenschwingungen (Modenkopplung);42
3.5;2.5 Betriebsarten des Lasers;43
3.5.1;2.5.1 Kontinuierlicher Betrieb;43
3.5.2;2.5.2 Impulsbetrieb;44
3.5.2.1;2.5.2.1 Elektrische Anregung;44
3.5.2.2;2.5.2.2 Gu?teschaltung;44
3.5.2.3;2.5.2.3 Methoden der Modenkopplung;47
3.5.2.4;2.5.2.4 Pulskompressionen;48
3.5.2.5;2.5.2.5 Frequenzvervielfachte Lasersysteme;48
4;3 Laserstrahlungsquellen;50
4.1;3.1 Gaslaser;50
4.1.1;3.1.1 CO_2-Laser;50
4.1.1.1;3.1.1.1 Geströmte Systeme;52
4.1.1.2;3.1.1.2 Quasistationäre Systeme;54
4.1.1.3;3.1.1.3 Stationäre Systeme (Sealed-Off);55
4.1.2;3.1.2 Excimerlaser;57
4.2;3.2 Halbleiterlaser;60
4.3;3.3 Festkörperlaser;65
4.3.1;3.3.1 Stablaser;67
4.3.2;3.3.2 Slablaser;70
4.3.3;3.3.3 Scheibenlaser;71
4.3.4;3.3.4 Faserlaser;73
4.3.5;3.3.5 Oszillator-Verstärker-Anordnungen;77
4.3.6;3.3.6 Kurzpulslaser;79
5;4 Laserstrahleigenschaften und -parameter;84
5.1;4.1 Wellenlänge und Bandbreite;85
5.2;4.2 Laserleistung, Energie und Impulsparameter;88
5.3;4.3 Polarisation;97
5.4;4.4 Strahlausbreitung und -geometrie;99
5.5;4.5 Intensität und Intensitätsverteilung;100
5.6;4.6 Fokussieren von Laserstrahlung;101
5.7;4.7 Strahlqualität;104
5.8;4.8 Laserstrahlstabilität;112
6;5 Wechselwirkungsprozesse;114
6.1;5.1 Reflexion, Absorption, Transmission;116
6.2;5.2 Thermische Wechselwirkungsvorgänge;125
6.2.1;5.2.1 Wärmeeinflusszone;125
6.2.2;5.2.2 Wärmeleitungsvorgänge;126
6.2.3;5.2.3 Wärmeleitungsgleichungen;127
6.2.4;5.2.4 Temperaturmessung;129
6.3;5.3 Athermische Wechselwirkungsvorgänge;132
6.4;5.4 Wechselwirkungsprozess – Energieeinkopplung;133
6.4.1;5.4.1 Schmelzbaddynamik;135
6.4.2;5.4.2 Laserinduziertes Plasma;137
6.4.3;5.4.3 Abtragsmodelle;137
6.4.4;5.4.4 Geometrieausbildung infolge der Wechselwirkung;140
6.4.4.1;5.4.4.1 Ausbilden eines Bohrloches;140
6.4.4.2;5.4.4.2 Ausbilden einer Dampfkapillare (Keyhole);141
6.4.4.3;5.4.4.3 Ausbilden eines Schneidspaltes;142
7;6 Lasermaterialbearbeitungsanlagen;144
7.1;6.1 Grundaufbau von Lasermaterialbearbeitungsanlagen;144
7.2;6.2 Strahlfu?hrung und Strahlformung;145
7.2.1;6.2.1 Optische Komponenten;145
7.2.1.1;6.2.1.1 Planparallele Platten;146
7.2.1.2;6.2.1.2 Linsen;147
7.2.1.3;6.2.1.3 Spiegel;149
7.2.1.4;6.2.1.4 Diffraktive Elemente;150
7.2.1.5;6.2.1.5 Optische Fasern;151
7.2.1.6;6.2.1.6 Sonderformen;152
7.2.2;6.2.2 Opto-mechanische Komponenten;153
7.2.3;6.2.3 Anordnungen zur Strahlfu?hrung;155
7.2.3.1;6.2.3.1 Grundanordnungen;155
7.2.3.2;6.2.3.2 Strahlteilung;157
7.2.4;6.2.4 Anordnungen zur Strahlformung;158
7.2.4.1;6.2.4.1 Strahlaufweitung;158
7.2.4.2;6.2.4.2 Strahlfokussierung;160
7.2.4.3;6.2.4.3 Formung der Intensitätsverteilung;163
7.2.4.4;6.2.4.4 Strahlu?berlagerung;165
7.3;6.3 Bearbeitungseinrichtung;167
7.3.1;6.3.1 Grundanordnungen;167
7.3.2;6.3.2 Bewegungseinheiten;169
7.3.2.1;6.3.2.1 Eindimensionale Bearbeitung;169
7.3.2.2;6.3.2.2 Zweidimensionale Bearbeitung;170
7.3.2.3;6.3.2.3 Dreidimensionale Bearbeitung;171
7.4;6.4 Gesamtsystemlösungen;174
8;7 Verfahren der Lasermaterialbearbeitung;177
8.1;7.1 Abtragen und Strukturieren;177
8.1.1;7.1.1 Grundverfahren des Abtragens;177
8.1.2;7.1.2 Ausgewählte Verfahren des Abtragens und Strukturierens;183
8.1.2.1;7.1.2.1 Laserstrahlentschichten;184
8.1.2.2;7.1.2.2 Laserstrahlflächenabtragen;188
8.1.2.3;7.1.2.3 Laserstrahlformabtragen;191
8.1.2.4;7.1.2.4 Laserstrahlsublimationsabtragen;192
8.2;7.2 Laserstrahlbohren;195
8.2.1;7.2.1 Grundlagen des Laserstrahlbohrens;196
8.2.2;7.2.2 Bohrverfahren;198
8.2.3;7.2.3 Einflussgrößen auf den Bohrprozess;201
8.2.4;7.2.4 Anwendungen;204
8.3;7.3 Beschriften;212
8.3.1;7.3.1 Verfahrensgrundlagen;212
8.3.2;7.3.2 Beschriftungsverfahren;215
8.3.3;7.3.3 Beschriftungsanlagen;219
8.3.4;7.3.4 Lasertypen und Leistungsklassen;222
8.3.5;7.3.5 Beschriftungsparameter;223
8.3.6;7.3.6 Ausgewählte Beschriftungsmethoden und Applikationsbeispiele;227
8.3.6.1;7.3.6.1 Anlassbeschriften;227
8.3.6.2;7.3.6.2 Farbumschlag von Kunststoffen;229
8.3.6.3;7.3.6.3 Abtragen von Oberflächenschichten;232
8.3.6.4;7.3.6.4 Gravur;234
8.4;7.4 Laserstrahlschneiden;236
8.4.1;7.4.1 Verfahrensgrundlagen;237
8.4.2;7.4.2 Schneidverfahren;240
8.4.2.1;7.4.2.1 Sublimationsschneiden;240
8.4.2.2;7.4.2.2 Schmelzschneiden;243
8.4.2.3;7.4.2.3 Brennschneiden;247
8.4.2.4;7.4.2.4 Spezielle Schneidverfahren;251
8.4.2.4.1;7.4.2.4.1 Hochgeschwindigkeitsschneiden;251
8.4.2.4.2;7.4.2.4.2 Präzisionsschneiden;253
8.4.2.4.3;7.4.2.4.3 Schneiden mit Scansystemen (Remoteschneiden);257
8.4.2.4.4;7.4.2.4.4 Wasserstrahlunterstu?tztes Schneiden;260
8.4.3;7.4.3 Schneidsysteme;262
8.4.3.1;7.4.3.1 Laserstrahlungsquellen und -komponenten;262
8.4.3.2;7.4.3.2 Schneidanlagen;265
8.4.3.3;7.4.3.3 NC-Programmerstellung;266
8.4.4;7.4.4 Schneidstrategien;267
8.4.5;7.4.5 Schnittkantendarstellung und -bewertung;272
8.4.6;7.4.6 Fehlergrößen und -ursachen;274
8.5;7.5 Schweißen;277
8.5.1;7.5.1 Schweißtechnische Grundlagen;278
8.5.2;7.5.2 Grundlegende Schweißverfahren;280
8.5.2.1;7.5.2.1 Wärmeleitungsschweißen;281
8.5.2.2;7.5.2.2 Tiefschweißen;282
8.5.3;7.5.3 Einflussgrößen der Schweißverfahren;284
8.5.3.1;7.5.3.1 Absorption der Laserstrahlung, Intensität und Einschweißtiefe;284
8.5.3.2;7.5.3.2 Nahtform und -qualität;286
8.5.3.3;7.5.3.3 Prozessgase;288
8.5.4;7.5.4 Ausgewählte Verfahren;293
8.5.4.1;7.5.4.1 Schweißen mit hoher Brillanz;293
8.5.4.2;7.5.4.2 Feinschweißen / Mikrobearbeitung;295
8.5.4.3;7.5.4.3 Schweißen beschichteter Werkstoffe;299
8.5.4.4;7.5.4.4 Schweißen artfremder Materialien;300
8.5.4.5;7.5.4.5 Schweißen mit Zusatzwerkstoffen;300
8.5.4.5.1;7.5.4.5.1 Schweißen mit Zusatzdraht;301
8.5.4.5.2;7.5.4.5.2 Schweißen mit Pulver;302
8.5.4.5.3;7.5.4.5.3 Automatisiertes Laserauftragsschweißen;304
8.5.4.5.4;7.5.4.5.4 Handgefu?hrtes und teilautomatisiertes Laserstrahlschweißen;305
8.5.4.5.5;7.5.4.5.5 Mikropulverauftragsschweißen (Micro-Cladding);308
8.5.4.6;7.5.4.6 Hybridschweißen;309
8.5.5;7.5.5 Ausgewählte Lasersysteme fu?r das Schweißen;310
8.5.6;7.5.6 Ausgewählte Anwendungen;313
8.5.7;7.5.7 Schweißnahtqualitäten und -kontrolle;315
8.6;7.6 Löten;316
8.6.1;7.6.1 Grundlagen des Lötens;317
8.6.2;7.6.2 Verfahren des Laserstrahllötens;318
8.6.2.1;7.6.2.1 Weichlöten;319
8.6.2.2;7.6.2.2 Hartlöten;322
8.6.2.3;7.6.2.3 Hochtemperaturlöten;328
8.7;7.7 Oberflächenbehandlung mit Laserstrahlung;331
8.7.1;7.7.1 Laserstrahlhärten;332
8.7.2;7.7.2 Umschmelzen und Glasieren;336
8.7.3;7.7.3 Legieren, Beschichten, Dispergieren;338
8.7.4;7.7.4 Spezielle Verfahren des Funktionalisierens von Bauteiloberflächen;342
8.7.5;7.7.5 Thermochemische Laserstrahlbehandlung von SiC-Oberflächen;344
8.8;7.8 Lasergestu?tzte generative Fertigungsverfahren;346
8.8.1;7.8.1 Verfahrensgrundlagen;348
8.8.2;7.8.2 Laserstrahlungsquellen;350
8.8.3;7.8.3 Verfahren;351
8.8.3.1;7.8.3.1 Generieren aus der flu?ssigen Phase;351
8.8.3.2;7.8.3.2 Generieren aus der pulverförmigen Phase;357
8.8.3.2.1;7.8.3.2.1 Direktes Selektives Lasersintern;359
8.8.3.2.2;7.8.3.2.2 Indirektes Lasersintern;368
8.8.3.3;7.8.3.3 Selektives Laserschmelzen (SLM);371
8.8.3.4;7.8.3.4 LaserCUSING / Concept Modelling;374
8.8.3.5;7.8.3.5 Layer Laminate Manufacturing;377
9;8 Bearbeitung von Glaswerkstoffen;384
9.1;8.1 Grundlagen;384
9.1.1;8.1.1 Werkstoffeigenschaften;384
9.1.1.1;8.1.1.1 Transmission, Absorption und Reflexion;386
9.1.1.2;8.1.1.2 Ausdehnungskoeffizient;387
9.1.1.3;8.1.1.3 Viskosität;387
9.1.1.4;8.1.1.4 Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit;388
9.1.1.5;8.1.1.5 Festigkeit;389
9.1.1.6;8.1.1.6 Spannungszustände;389
9.1.2;8.1.2 Verfahren und ausgewählte Wechselwirkungsprozesse;390
9.2;8.2 Abtragen und Strukturieren;392
9.2.1;8.2.1 Direktes Abtragen;392
9.2.2;8.2.2 Indirektes Abtragen;400
9.3;8.3 Bohren;402
9.4;8.4 Schneiden;405
9.5;8.5 Absprengen und Separieren;409
9.5.1;8.5.1 Spannungsinduziertes Separieren von Flachgläsern;409
9.5.2;8.5.2 Absprengen und Separieren rotationssymmetrischer Gläser;414
9.6;8.6 Beschriften;419
9.6.1;8.6.1 Direkte Laserkennzeichnung;419
9.6.2;8.6.2 Indirektes Laserstrahlbeschriften;421
9.7;8.7 Laserstrahlpolieren;422
9.8;8.8 Fu?gen;428
9.8.1;8.8.1 Schweißen von Glaswerkstoffen;428
9.8.1.1;8.8.1.1 Schweißen mit angepassten Strahlparametern;429
9.8.1.2;8.8.1.2 Bearbeiten mit mehreren Arbeitsstrahlen;431
9.8.1.3;8.8.1.3 Hybrides Laserstrahlschweißen;434
9.8.2;8.8.2 Löten;436
9.9;8.9 Umformen;441
10;9 Bearbeitung von Kunst- und Verbundwerkstoffen;449
10.1;9.1 Grundlagen;449
10.2;9.2 Laserstrahlschweißen von Kunststoffen;454
10.2.1;9.2.1 Verfahrensprinzip;454
10.2.2;9.2.2 Materialeignung und Auswahl der Farbstoffe und Pigmente;456
10.2.3;9.2.3 Schweißtechnologien;458
10.2.4;9.2.4 Laserstrahlungsquellen und Systeme;461
10.2.5;9.2.5 Prozesskontrolle;462
10.2.6;9.2.6 Ausgewählte Pru?fverfahren;464
10.2.7;9.2.7 Anwendungsbeispiele;465
10.3;9.3 Laserstrahltrennen;468
10.3.1;9.3.1 Grundlagen;468
10.3.2;9.3.2 Laserstrahlungsquellen und Systeme;469
10.3.3;9.3.3 Ausgewählte Anwendungen;470
10.3.4;9.3.4 Trennen von Verbundwerkstoffen;473
10.3.5;9.3.5 Schadstoffemissionen;479
10.4;9.4 Beschriften;480
10.5;9.5 Abtragen und Strukturieren;484
11;10 Lasersicherheit;492
11.1;10.1 Laserklassen und Gefährdungspotenzial;493
11.2;10.2 Schutzmaßnahmen;493
11.2.1;10.2.1 Technische und bauliche Schutzmaßnahmen;493
11.2.2;10.2.2 Persönliche Schutzmaßnahmen;494
11.2.2.1;10.2.2.1 Schutz der Augen;494
11.2.2.2;10.2.2.2 Schutz der Haut;496
11.2.3;10.2.3 Organisatorische Maßnahmen;496
11.3;10.3 Normen und Richtlinien;497
11.4;10.4 Ausgewählte Laserschutzkomponenten;498
12;Literaturverzeichnis;500
13;Sachwortverzeichnis;520
1 Einleitung
2 Grundlagen der Lasertechnik
3 Laserstrahlungsquellen
4 Laserstrahleigenschaften
5 Wechselwirkungsprozesse Strahl/Materie
6 Lasermaterialbearbeitungsanlagen
7 Verfahren der Lasermaterialbearbeitung
8 Bearbeitung von metallischer Werkstoffe
9 Bearbeitung von silikatischer Werkstoffe
10 Bearbeitung von Kunst- und Verbundwerkstoffen
11 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
12 Ausgewählte Fertigungsbeispiele
13 Ausgewählte Aspekte des Laserschutzes
14 Literatur und Sachwortverzeichnis
