Beyer, EckhardLasagni, Andrés-FabiánHerwig, PatrickPatrickHerwig2022-03-072022-03-072015https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/280590Im Rahmen dieser Dissertation wird sich der Bearbeitung hochreflektiver Werkstoffe am Beispiel des technisch relevanten Werkstoffes Kupfer mittels Strahlquellen hoher Brillanz ganzheitlich genähert. Eine allgemeine Betrachtung zeigt zunächst die Möglichkeiten auf das Prozessergebnis durch vorgelagerte oder prozessbegleitende Maßnahmen positiv zu beeinflussen. Besondere Beachtung wird dem Ansatz der Einwegleitung über eine optische Diode gewidmet. Deren Funktionsnachweis bildet die Grundlage für eine stabile und sichere Bearbeitung der betrachteten Werkstoffklasse. Die Problematik von Prozessabbrüchen sowie irreversiblen Schädigungen des Lasersystems in der Folge von optischen Rückwirkungen ist mit den vorgestellten Maßnahmen beherrschbar. Eine Herausforderung für die technische Realisierung entsprechender Bearbeitungsoptiken ist der Effekt des thermisch induzierten Fokusshifts. Hierzu werden Möglichkeiten aufgezeigt diesen Effekt zu minimieren bzw. zu kompensieren. Im Ergebnis der Arbeit steht ein Maßnahmenkatalog zur Verfügung, der dem Endanwender bei der Entwicklung von Anwendungen im Bereich der Lasermaterialbearbeitung hochreflektiver Werkstoffe eine grundlegende Orientierung bieten kann.This dissertation concerns with the processing of high reflective materials by using high brightness laser sources. The representive copper allows a holistic view on this topic in an abstract way and delivers possibilities prior and during the process to influence the process positively. The functionality of an optical diode is the key aspect, which protects the laser system against process abort and damages. The proof of functionality can be demonstrated under the boundary of the well known thermal induced focal shift. This is a general topic for high brightness laser. Further possibilities are developed to compensate this effects. Summarizing, a catalogue of process preliminaries and technical devices is prepared to improve the processing of high reflective materials.1 Einleitung // 1.1 Hochreflektive Werkstoffe // 1.2 Bearbeitungsprozesse Für hochreflektive Werkstoffe // 1.2.1 Laserstrahlschneiden // 1.2.2 Laserstrahlschweißen // 1.3 Problemstellung // 2 Stand der Technik // 2.1 Steigerung der Intensität // 2.2 Stabilisierung der optischen Abbildung // 2.3 Anpassung des Einfallswinkel // 2.4 Anpassung der Wellenlänge // 2.5 Schweißen mit Hilfsblech // 2.6 Oberflächenbeschichtung // 2.7 Oberflächenbearbeitung // 2.8 Bearbeitung mit polarisierter Laserstrahlung // 2.9 Prinzip einer optische Diode mit Faraday-Rotator // 2.10 Synopsis // 3 Lösungsansatz // 3.1 Optische Dioden für linear polarisierte Laser // 3.2 Optische Dioden für statistisch polarisierte Laser // 3.3 Randbedingungen einer erfolgreichen Umsetzung // 4 Experimentelle und theoretische Bewertung strahlformender Optikkomponenten // 4.1 Untersuchung von Aberrationen strahlformender Optiken // 4.1.1 Messaufbau // 4.1.2 Messtechnik // 4.1.3 Fokuslagenverschiebung infolge der Schnittstelle am Faserende // 4.1.4 Vergleich verschiedener transmissiver Optikwerkstoffe // 4.1.5 Simulation der Fokuslagenverschiebung // 4.2 Untersuchung von Aberrationen reflektiver Optiken // 4.2.1 Bestimmung der Fokuslagenverschiebung // 4.2.2 Bestimmung der symmetriebezogenen Aberrationen // 4.3 Schlussfolgerungen für die Bearbeitung hochreflektiver Werkstoffe // 5 Aufbau der optischen Diode // 5.1 Systemverhalten einzelner Komponenten // 5.1.1 Strahlteilerwürfel // 5.1.2 Faraday-Rotator // 5.1.3 Verzögerungsplatten // 5.1.4 Zusammenfassung der optischen Einzelelemente // 5.1.5 Simulation der optischen Diode // 5.2 Konstruktive Auslegung // 5.2.1 Konstruktive Umsetzung für linear polarisierte Laser // 5.2.2 Konstruktive Unisetzung für statistisch polarisierte Laser // 5.3 Funktionsnachweis der Schutzwirkung // 5.3.1 Schutzwirkungsnachweis für linear polarisierte Laser // 5.3.2 Schutzwirkungsnachweis für statistisch polarisierte Laser // 5.4 Nachweis der Prozessfähigkeit // 5.4.1 Strahlvermessung // 5.4.2 Bestimmung der im Prozess reflektierten Leistung // 5.4.3 Prozessuntersuchung zum Laserstrahlschweißen // 5.4.4 Prozessuntersuchung zum Laserstrahlschneiden // 5.4.5 Zusammenfassung der experimentellen Ergebnisse // 6 Verbesserung des klassischen Faraday-Rotators // 6.1 Konzept einer verbesserten Kühlung // 6.2 Validierung des Lösungsansatzes // 6.3 Ausführungsbeispiel eines transmissiv-reflektiven Faraday-Rotators // 6.4 Aufbau und Test des neuartigen Faraday-Rotators // 7 ZusammenfassungdeLaserLaserbearbeitungWerkstoffLaserschneidenLaserschweißenProzessanalyseKupfer621671doctoral thesis