Beeinflussung der Schmelzedynamik beim Remote-Laserstrahlschmelzschneiden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407703212

Lasermaterialbearbeitungsprozesse zeichnen sich durch berührungslose Bearbeitung des Werkstücks, hohe Präzision und hohe Automatisierbarkeit aus. Laserstrahlschweißen kommt beispielsweise beim Karosseriebau und zunehmend auch in der Fertigung von Komponenten für die Elektromobilität zum Einsatz. Forschungsarbeiten zeigen, dass herkömmlich eingesetzte Laserstrahlquellen und Optiken aus dem Laserstrahlschweißen zudem für das Laserstrahlschmelzschneiden genutzt werden können. Diese Methode wird als Laser Remote Fusion Cutting (RFC) bzw. Frontdruckschneiden (FDS) bezeichnet. Beim FDS wird die Schmelze durch den direkt an der Schneidfront entstehenden Verdampfungsdruck ausgetrieben. Dies ermöglicht die Remote-Bearbeitung ohne den aufwendigen Einsatz einer zusätzlichen Gaszufuhr wie beim herkömmlichen Laserstrahlschmelzschneiden. Der Wechsel zwischen Schneiden und Schweißen durch Veränderung der Parameter Laserleistung und Vorschubgeschwindigkeit kann aufwendiges Umspannen und erneutes Justieren bei einem Wechsel der Maschinen ersparen. Dadurch können sowohl Investitionskosten für verschiedene Bearbeitungsmaschinen als auch Zeit in der Produktion eingespart werden. Derzeit kommt es bei Parameteränderungen und teilweise auch spontan häufig zu Instabilitäten. Das notwendige Prozessverständnis um dieses Verhalten erklären oder beheben zu können fehlt. Die Untersuchungen aus der ersten Projektphase tragen wesentlich zum Verständnis der Vorgänge in der Prozesszone bei. Durch Prozessbeobachtung konnten Schmelzebewegung und Schmelzewellen sowie Schmelzefilmdicken charakterisiert werden. Die Beobachtungen liefern zusammen mit Simulationsergebnissen Hinweise auf die Mechanismen, die sich beim FDS und beim Auftritt von Instabilitäten abspielen. In der beantragten zweiten Projektphase sollen insbesondere die Wechselwirkung zwischen Verdampfung und Schmelzebewegung im Detail untersucht werden, sowie das Auftreten periodischer Phänomene beleuchtet werden. Diese könnten Hinweise auf für die Schmelzebewegung relevante Einflussfaktoren geben, wie beispielsweise auf den exakten Entstehungsmechanismus von Schmelzewellen. Dieses Prozesswissen soll sowohl zu einem besseren Prozessmodell beitragen, als auch zur Stabilisierung des FDS in kritischen Prozesssituationen, beispielsweise bei Schnittgeometrien mit Richtungsänderungen, eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen