Umschmelzen und Einschmelzen mit polarisierender CO2-Laserstrahlung

In dieser Arbeit wird am Beispiel des Um- und Einschmelzens untersucht, wie der Energieeintrag in das Werkstück und das Bearbeitungsergebnis und damit die Wirtschaftlichkeit durch Einsatz des Einstrahlwinkels unter Ausnutzung linear polarisierter CO2-Laserstrahlung verbessert werden kann. _ Am Beispiel des Umschmelzens verschiedener globularer Gußeisensorten, Aluminium und Werkzeugstahl werden Prozeßführungsstrategien zur Steigerung des Prozeßwirkungsgrades durch Ausnutzung poalrisierter Laserstrahlung anhand des Einflusses der wichtigsten Bearbeitungsparameter (z.B. Einstrahwinkel, Vorschubgeschwindigkeit, Laserleistung, Leistungsdichteverteilung, Bearbeitungsrichtung, etc.) auf: - den erzielbaren Energieeintrag, - die Flächenrate bei vorgegebener Schichtdicke, - die Formgenauigkeit, - die Zwangslageneignung (Bearbeitbarkeit unter Schwerkrafteinfluß) erarbeitet. Hierbei werden die Verfahrensgrundlagen, z.B. der wechselseitigen Beeinflussung der Verteilung der absorbierten Energie auf der Werkstückoberfläche und der Schmelzbadaufwölbung bzw. Schmelzbadkontur und deren Auswirkungen auf das Bearbeitungsergebnis, anhand von einzelnen Parametervariationen aufgezeigt. Basierend auf diesen Arbeiten wurde ein neues Verfahren zum Einschmelzen von kunststoffgebundenen Metallpulverfolien entwickelt. Die so entwickelten Prozeßführungsstrategien werden am Beispiel des Umschmelzens von Nocken und des Einschmelzens von kunststoffgebundenen Metallpulverfolien auf die Bearbeitung von 3-D Werkstückgeometrien übertragen. Durch Verwendung linear poalrisierter Laserstrahlung konnten an Nocken Vorschubgeschwindigkeiten von 2m/min bei Formgenauigkeiten < 0,2mm erzielt werden. Gleichzeitig konnte mit Hilfe des Einstrahlwinkels die Zugänglichkeit von 3-D Werkstoffgeometrien verbessert und auch senkrechte Flächen bearbeitet werden. _ Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zum Umschmelzen von Nocken basierend auf einem Kostenvergleich zwischen dem Umschmelzen mit dem WIG Brenner, dem Elektronenstrahl, dem Umschmelzen mit dem Laserstrahl (Stand der Technik) und mit der in dieser Arbeit entwickelten Prozeßführung zeigt, daß die Kosten pro Nockenwelle gegenüber den bisher ermittelten Ergebnissen mit dem Laserstrahl mehr als halbiert werden können. Mit Hilfe der durch gute Formgenauigkeiten gesenkten Nacharbeitskosten erscheint es nach dem heutigen Entwicklungsstand jetzt möglich, wirtschaftlicher mit dem Laserstrahl Nocken umzuschmelzen als mit den konkurrierenden Verfahren des Elektronenstrahlumschmelzens und des Umschmelzens mit dem WIG Verfahren.