Hochgeschwindigkeitsbohren mit gepulster Laserstrahlung: Modellierung und Prozessdiagnose
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Vorläuferprojekt ist ein numerisches Modell zum Bohren entwickelt worden, das wesentliche Eigenschaften des Bohrens mit Laserstrahlung im Mikrosekunden-Pulsdauerbereich erfasst. In der zweiten Phase des Forschungsprojekts sind das Modell und die Methoden zur Diagnose erweitert worden, um zusätzlich die energetischen und mechanischen Wirkungen des Prozeßgases und des Dampfes besser zu verstehen, sowie die Propagation der Laserstrahlung in der Bohrung zu erfassen. Die wesentlichen Ergebnisse der Untersuchungen konnten sowohl im Experiment nachgewiesen als auch mit der Simulation bestätigt werden: • eine Wirkung des Prozessgases auf das Bohren entsteht dominant während der Pulspause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen, • eine größere Bohrgeschwindigkeit kann durch Überlagerung von Laserstrahlung mit unterschiedlichen Pulsdauern erreicht werden, • eine thermische und mechanische Wirkung des Plasmas kann experimentell nachgewiesen werden. Ein Prozeßgas hat beim Einzelpulsbohren keine nachweisbare Auswirkung auf den Bohrfortschritt am Bohrungsgrund. Beim Perkussionsbohren ist das Eindringen des Prozessgases in die Bohrung zwischen den Pulsen und die Wirkung auf das Bohren nachweisbar. Durch geeignete Probenpräparation konnte die optischen Emission von Dampf und Plasma innerhalb der Bohrung und während des Perkussionsbohrens mit ns-Laserstrahlung diagnostiziert werden.
