Lasermaterialbearbeitung: Grundlagen, Verfahren, Anwendungen, Beispiele ; mit 110 Tabellen sowie einer DVD
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München
Fachbuchverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verl.
2013
Hanser |
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IMAGE 1
VORWORT 5
INHALT 7.
1 EINLEITUNG 13
2 GRUNDLAGEN D E R LASERTECHNIK 19
2.1 LICHT ALS ELEKTROMAGNETISCHE WELLE 19
2.2 EMISSION UND ABSORPTION 21
2.3 GRUNDANORDNUNG EINES LASERS. 2 3
2.3.1 ERZEUGUNG EINER BESETZUNGS INVERSION 25
2.3.2 LINIENBREITE UND LINIENFORM 27 2.3.3 STRAHLUNGSVERSTAERKUNG 28
2.4 OPTISCHE RESONATOREN I 29
2.4.1 GRUNDFORMEN 30
2.4.1.1 STABILER RESONATOR 31
2.4.1.2 INSTABILER RESONATOR 32
2.4.2 RESONATORANFORDERUNGEN 32
2.4.3 EIGENSCHWINGUNGEN DES RESONATORS (MODEN) 33
2.4.3.1 TRANSVERSALE MODEN 33
2.4.3.2 AXIALE MODEN 35
2.4.4 DIE GUETE DES RESONATORS 36
2.4.5 ZEITLICHE UND RAEUMLICHE KOHAERENZ 37
2.4.6 KOPPLUNG VON EIGENSCHWIN GUNGEN (MODENKOPPLUNG) 38 2.5
BETRIEBSARTEN DES LASERS 39
2.5.1 KONTINUIERLICHER BETRIEB 39
2.5.2 IMPULSBETRIEB 40
2.5.2.1 ELEKTRISCHE ANREGUNG 40
2.5.2.2 GUETESCHALTUNG 40
2.5.2.3 METHODEN DER MODENKOPPLUNG. 4 3 2.5.2.4 PULSKOMPRESSIONEN 44
2.5.2.5 FREQUENZVERVIELFACHTE LASERSYSTEME 44
3 LASERSTRAHLUNGSQUELLEN 4 6
3.1 GASLASER. 46
3.1.1 C0 2 -LASER 46
3.1.1.1 GESTROEMTE SYSTEME 48
3.1.1.2 QUASISTATIONAERE SYSTEME 50
3.1.1.3 STATIONAERE SYSTEME (SEALED-OFF). 51 3.1.2 EXCIMERLASER 53
3.2 HALBLEITERLASER 56
3.3 FESTKOERPERLASER 61
3.3.1 STABLASER 63
3.3.2 SLABLASER 66
3.3.3 SCHEIBENLASER 67
3.3.4 FASERLASER 69
3.3.5 OSZILLATOR-VERSTAERKERANORDNUNGEN 73
3.3.6 KURZPULSLASER 75
4 LASERSTRAHLEIGENSCHAFTEN
UND -PARAMETER 8 0
4.1 WELLENLAENGE UND BANDBREITE 81
4.2 LASERLEISTUNG, ENERGIE UND IMPULSPARAMETER 84
4.3 POLARISATION 93
4.4 STRAHLAUSBREITUNG UND -GEOMETRIE 95
4.5 INTENSITAET UND INTENSITAETSVERTEILUNG 96
4.6 FOKUSSIEREN VON LASERSTRAHLUNG 97
4.7 STRAHLQUALITAET 100
4.8 LASERSTRAHLSTABILITAET. 108
5 WECHSELWIRKUNGSPROZESSE 110
5. 1 REFLEXION, ABSORPTION, TRANSMISSION 112 5.2 THERMISCHE
WECHSELWIRKUNGSVORGAENGE 121 5.2.1 WAERMEEINFLUSSZONE 121
5.2.2 WAERMELEITUNGS VORGAENGE 122
5.2.3 WAERMELEITUNGSGLEICHUNGEN 123 5.2.4 TEMPERATURMESSUNG 125
5.3 ATHERMISCHE WECHSELWIRKUNGSVORGAENGE. 128
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IMAGE 2
8 I N H A L T
5.4 WECHSELWIRKUNGSPROZESS - ENERGIEEINKOPPLUNG. 129
5.4.1 SCHMELZBADDYNAMIK 131
5.4.2 LASERINDUZIERTES PLASMA 133
5.4.3 ABTRAGSMODELLE 133
5.4.4 GEOMETRIEAUSBILDUNG INFOLGE DER WECHSELWIRKUNG 136 5.4.4.1
AUSBILDEN EINES BOHRLOCHES 136 5.4.4.2 AUSBILDEN EINER DAMPF
KAPILLARE (KEYHOLE) 137
5.4.4.3 AUSBILDEN EINES SCHNEIDSPALTES 138
6 LASERMATERIALBEARBEITUNGSANLAGEN 140
6.1 GRUNDAUFBAU VON LASERMATERIALBEARBEITUNGSANLAGEN 140
6.2 STRAHLFUEHRUNG UND STRAHLFORMUNG 141
6.2.1 OPTISCHE KOMPONENTEN 141
6.2.1.1 PLANPARALLELE PLATTEN 142
6.2.1.2 LINSEN 143
6.2.1.3 SPIEGEL 145
6.2.1.4 DIFFRAKTIVE ELEMENTE 146
6.2.1.5 OPTISCHE FASERN 147
6.2.1.6 SONDERFORMEN 148
6.2.2 OPTO-MECHANISCHE KOMPONENTEN 149
6.2.3 ANORDNUNGEN ZUR STRAHLFUEHRUNG 151
6.2.3.1 GRUNDANORDNUNGEN 151
6.2.3.2 STRAHLTEILUNG 153
6.2.4 ANORDNUNGEN ZUR STRAHLFORMUNG 154
6.2.4.1 STRAHLAUFWEITUNG 154
6.2.4.2 STRAHLFOKUSSIERUNG 156
6.2.4.3 FORMUNG DER INTENSITAETSVERTEILUNG 159
6.2.4.4 STRAHLUEBERLAGERUNG 161
6.3 BEARBEITUNGSEINRICHTUNG. 163
6.3.1 GRUNDANORDNUNGEN 163
6.3.2 BEWEGUNGSEINHEITEN 165
6.3.2.1 EINDIMENSIONALE BEARBEITUNG 165
6.3.2.2 ZWEIDIMENSIONALE BEARBEITUNG 166
6.3.2.3 DREIDIMENSIONALE BEARBEITUNG 167
6.4 GESAMTSYSTEMLOESUNGEN 170
7 VERFAHREN D E R LASERMATERIAL BEARBEITUNG 173
7. 1 ABTRAGEN UND STRUKTURIEREN 173
7.1.1 GRUNDVERFAHREN DES ABTRAGENS 173
7.1.2 AUSGEWAEHLTE VERFAHREN DES ABTRAGENS UND STRUKTURIERENS. 179
7.1.2.1 LASERSTRAHLENTSCHICHTEN 180 7.1.2.2 LASERSTRAHLFLAECHENABTRAGEN
184 7.1.2.3 LASERSTRAHLFORMABTRAGEN 187
7.1.2.4 LASERSTRAHLSUBLIMATIONSABTRAGEN 188
7. 2 LASERSTRAHLBOHREN 191
7.2.1 GRUNDLAGEN DES LASER STRAHLBOHRENS 192
7.2.2 BOHRVERFAHREN 194
7.2.3 EINFLUSSGROESSEN AUF DEN BOHRPROZESS 197
7.2.4 ANWENDUNGEN 200
7.3 BESCHRIFTEN 208
7.3.1 VERFAHRENSGRUNDLAGEN 208
7.3.2 BESCHRIFTUNGSVERFAHREN 211
7.3.3 BESCHRIFTUNGSANLAGEN 215
7.3.4 LASERTYPEN UND LEISTUNGSKLASSEN 218
7.3.5 BESCHRIFTUNGSPARAMETER 219
7.3.6 AUSGEWAEHLTE BESCHRIFTUNGSMETHODEN UND APPLIKATIONSBEISPIELE 223
7.3.6.1 ANLASSBESCHRIFTEN 223
7.3.6.2 FARBUMSCHLAG VON KUNSTSTOFFEN 225
7.3.6.3 ABTRAGEN VON OBERFLAECHENSCHICHTEN 228
7.3.6.4 GRAVUR 230
7. 4 LASERSTRAHLSCHNEIDEN 232
7.4.1 VERFAHRENSGRUNDLAGEN 233
7.4.2 SCHNEIDVERFAHREN 236
7.4.2.1 SUBLIMATIONSSCHNEIDEN 236
7.4.2.2 SCHMELZSCHNEIDEN 239
7.4.2.3 BRENNSCHNEIDEN 243
7.4.2.4 SPEZIELLE SCHNEIDVERFAHREN 247 7.4.2.4.1 HOCHGESCHWINDIGKEITS
SCHNEIDEN 247
7.4.2.4.2 PRAEZISIONSSCHNEIDEN 249
7.4.2.4.3 SCHNEIDEN MIT SCANSYSTEMEN (REMOTESCHNEIDEN) 253
IMAGE 3
I N H A L T 9
7.4.2.4.4 WASSERSTRAHLUNTERSTUETZTES
SCHNEIDEN 256
7.4.3 SCHNEIDSYSTEME 258
7.4.3.1 LASERSTRAHLUNGSQUELLEN UND -KOMPONENTEN 258
7.4.3.2 SCHNEIDANLAGEN 261
7.4.3.3 NC-PROGRAMMERSTELLUNG 262 7.4.4 SCHNEIDSTRATEGIEN 263
7.4.5 SCHNITTKANTENDARSTELLUNG UND -BEWERTUNG 268
7.4.6 FEHLERGROESSEN UND -URSACHEN . 270 7.5 SCHWEISSEN 273
7.5.1 SCHWEISSTECHNISCHE GRUNDLAGEN 274
7.5.2 GRUNDLEGENDE SCHWEISSVERFAHREN 276
7.5.2.1 WAERMELEITUNGSSCHWEISSEN 277 7.5.2.2 TIEFSCHWEISSEN 278
7.5.3 EINFLUSSGROESSEN DER SCHWEISSVERFAHREN 280
7.5.3.1 ABSORPTION DER LASER STRAHLUNG, INTENSITAET UND EINSCHWEISSTIEFE
280
7.5.3.2 NAHTFORM UND -QUALITAET 282
7.5.3.3 PROZESSGASE 284
7.5.4 AUSGEWAEHLTE VERFAHREN 289
7.5.4.1 SCHWEISSEN MIT HOHER BRILLANZ. 289 7.5.4.2 FEINSCHWEISSEN/
MIKROBEARBEITUNG 291
7.5.4.3 SCHWEISSEN BESCHICHTETER WERKSTOFFE 295
7.5.4.4 SCHWEISSEN ARTFREMDER MATERIALIEN 296
7.5.4.5 SCHWEISSEN MIT ZUSATZWERKSTOFFEN 296
7.5.4.5.1 SCHWEISSEN MIT ZUSATZDRAHT 297 * 7.5.4.5.2 SCHWEISSEN MIT PULVER
298
7.5.4.5.3 AUTOMATISIERTES LASERAUFTRAGSSCHWEISSEN 300 7.5.4.5.4
HANDGEFUEHRTES UND TEILAUTOMATISIERTES
LASERSTRAHLSCHWEISSEN 301
7.5.4.5.5 MIKROPULVERAUFTRAGSSCHWEISSEN (MICRO-CLADDING) . 304 7.5.4.6
HYBRIDSCHWEISSEN 305
7.5.5 AUSGEWAEHLTE LASERSYSTEME FUER DAS SCHWEISSEN 306
7.5.6 AUSGEWAEHLTE ANWENDUNGEN 309 7.5.7 SCHWEISSNAHTQUALITAETEN
UND-KONTROLLE 311
7.6 LOETEN 312
7.6.1 GRUNDLAGEN DES LOETENS 313
7.6.2 VERFAHREN DES
LASERSTRAHLLOETENS 314
7.6.2.1 WEICHLOETEN 315
7.6.2.2 HARTLOETEN 318
7.6.2.3 HOCHTEMPERATURLOETEN 324
7.7 OBERFLAECHENBEHANDLUNG MIT LASERSTRAHLUNG. 327
7.7.1 LASERSTRAHLHAERTEN 328
7.7.2 UMSCHMELZEN UND GLASIEREN. 332 7.7.3 LEGIEREN, BESCHICHTEN,
DISPERGIEREN 334
7.7.4 SPEZIELLE VERFAHREN DES FUNKTIONALISIERENS VON BAUTEILOBERFLAECHEN
338
7.7.5 THERMOCHEMISCHE LASERSTRAHLBEHANDLUNG VON SIC-OBERFLAECHEN 340
7.8 LASERGESTUETZTE GENERATIVE FERTIGUNGSVERFAHREN 342
7.8.1 VERFAHRENSGRUNDLAGEN 344
7.8.2 LASERSTRAHLUNGSQUELLEN 346
7.8.3 VERFAHREN 347
7.8.3.1 GENERIEREN AUS DER FLUESSIGEN PHASE 347
7.8.3.2 GENERIEREN AUS DER PULVERFOERMIGEN PHASE 353
7.8.3.2.1 DIREKTES SELEKTIVES LASERSINTERN 355
7.8.3.2.2 INDIREKTES LASERSINTERN 364 7.8.3.3 SELEKTIVES LASERSCHMELZEN
367 7.8.3.4 LASERCUSING/ CONCEPT MODELLING 370
7.8.3.5 LAYER LAMINATE MANUFACTURING 373
8 BEARBEITUNG VON GLASWERKSTOFFEN 3 8 0
8.1 GRUNDLAGEN 380
8.1.1 WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN 380
8.1.1.1 TRANSMISSION, ABSORPTION UND REFLEXION 382
8.1.1.2 AUSDEHNUNGSKOEFFIZIENT 383 8.1.1.3 VISKOSITAET 383
IMAGE 4
1 0 I N H A L T
8.1.1.4 WAERMELEITFAEHIGKEIT
UND TEMPERATUR WECHSELBESTAENDIGKEIT 384
8.1.1.5 FESTIGKEIT 385
8.1.1.6 SPANNUNGSZUSTAENDE 385
8.1.2 VERFAHREN UND AUSGEWAEHLTE WECHSELWIRKUNGSPROZESSE 386 8.2 ABTRAGEN
UND STRUKTURIEREN 388
8.2.1 DIREKTES ABTRAGEN 388
8.2.2 INDIREKTES ABTRAGEN 396
8.3 BOHREN 398
8.4 SCHNEIDEN 401
8.5 ABSPRENGEN UND SEPARIEREN 405
8.5.1 SPANNUNGSINDUZIERTES SEPARIEREN VON FLACHGLAESERN 405
8.5.2 ABSPRENGEN UND SEPARIEREN ROTATIONS SYMMETRISCHER GLAESER 410
8.6 BESCHRIFTEN 415
8.6.1 DIREKTE LASERKENN ZEICHNUNG 415
8.6.2 INDIREKTES LASERSTRAHL BESCHRIFTEN 417
8.7 LASERSTRAHLPOLIEREN 418
8.8 FUEGEN 424
8.8.1 SCHWEISSEN VON GLASWERKSTOFFEN 424
8.8.1.1 SCHWEISSEN MIT ANGEPASSTEN STRAHLPARAMETERN 425
8.8.1.2 BEARBEITEN MIT MEHREREN ARBEITSSTRAHLEN 427
8.8.1.3 HYBRIDES LASERSTRAHL SCHWEISSEN 430
8.8.2 LOETEN 432
8.9 UMFORMEN 437
9 BEARBEITUNG VON KUNST- UND
VERBUNDWERKSTOFFEN 4 4 5
9.1 GRUNDLAGEN 445
9.2 LASERSTRAHLSCHWEISSEN VON KUNSTSTOFFEN 450
9.2.1 VERFAHRENSPRINZIP 450
9.2.2 MATERIALEIGNUNG UND AUSWAHL DER FARBSTOFFE UND PIGMENTE 452
9.2.3 SCHWEISSTECHNOLOGIEN 454
9.2.4 LASERSTRAHLUNGSQUELLEN UND SYSTEME 457
9.2.5 PROZESSKONTROLLE 458
9.2.6 AUSGEWAEHLTE PRUEFVERFAHREN 460 9.2.7 ANWENDUNGSBEISPIELE 461
9.3 LASERSTRAHLTRENNEN 464
9.3.1 GRUNDLAGEN 464
9.3.2 LASERSTRAHLUNGSQUELLEN UND SYSTEME 465
9.3.3 AUSGEWAEHLTE ANWENDUNGEN 466 9.3.4 TRENNEN VON
VERBUNDWERKSTOFFEN 469
9.3.5 SCHADSTOFFEMISSIONEN 475
9.4 BESCHRIFTEN 476
9.5 ABTRAGEN UND STRUKTURIEREN 480
10 LASERSICHERHEIT 4 8 8
10.1 LASERKLASSEN UND GEFAEHRDUNGSPOTENZIAL.489 10.2 SCHUTZMASSNAHMEN
489
10.2.1 TECHNISCHE UND BAULICHE SCHUTZMASSNAHMEN 489
10.2.2 PERSOENLICHE SCHUTZMASSNAHMEN 490
10.2.2.1 SCHUTZ DER AUGEN 490
10.2.2.2 SCHUTZ DER HAUT 492
10.2.3 ORGANISATORISCHE MASSNAHMEN 492
10.3 NORMEN UND RICHTLINIEN 493
10.4 AUSGEWAEHLTE LASERSCHUTZKOMPONENTEN 494
LITERATURVERZEICHNIS 4 9 6
SACHWORTVERZEICHNIS 5 1 6 |
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