Laserbohren

Beim Perkussionsbohren bringt man mehrere Laserimpulse auf den gleichen Ort auf um eine höhere Bohrtiefe im Vergleich zum Einzelpulsbohren zu erreichen. In der Regel werden für Bohrungen mit mehr als 0,1mm Durchmesser Laser mit stabilen Resonatoren verwendet, die hohe Energien und Pulsleistungen mit guter Strahlqualität bei Frequenzen bis max. 10Hz liefern. Für das Perkussionsbohren eingesetzte Pulsleistingen können bis 50kW betragen. Bei höheren Frequenzen nimmt die Strahlqualität stark ab. Das führt zu einer deutlichen Verringerung der Schärfentiefe durch die thermische Belastung des Laserstabs. Gewöhnlich sind auch keine höheren Frequenzen erforderlich, da dass durch die Leistungseinkopplung entstehende laserinduzierte Plasma die Laserstrahlung nahezu konstant absorbiert und eine Steigerung der Bohrgeschwindigkeit behindert. Tatsache ist, dass sowohl die Intensität der Laserstrahlung auf das Werkstück als auch die Form und Lage der Strahlkaustik die Qualität und Reproduzierbarkeit der Bearbeitungsresultate bestimmen. Eine optimale Strahlkaustik und ein der gewünschten Bohrlochgeometrie angepasster Strahldurchmesser wird bei stabilen Resonatoren nur in einem Pumpbereich erzielt, in dem der Einfluss der Thermischen Linse möglichst gering ist. Durch spezielle Resonatoroptimierungen kann mit Hilfe einer Optimierung des Optikaufbaus der Einfluss der thermischen Linse auch bei höheren Pumpleistungen deutlich reduziert werden. Für Bohranwendungen hat das den Vorteil, dass der Bohrprozess auch bei höheren Frequenzen realisiert werden kann. Es ist anzunehmen, dass aufgrund der hohen Arbeitsfrequenz ein laserstrahlinduziertes Plasma vom Eintritt bis zum Grund des Bohrlochs aufrecht erhalten werden kann. Eine bessere Einkopplung der Laserstrahlenergie in den metallischen Werkstoff wird somit ermöglicht. Unter Voraussetzung einer genügend hohen Repetitionsrate gestattet der Dampfdruck die Aufrecherhaltung des Stichlochs am Bohrungsgrund. Die metallische Oberfläche der Bohrungswände gewährleistet, dass die Laserstrahlung durch Mehrfachreflexion den Bearbeitungsort erreicht.Die kleinen Verdampfungsraten führen wiederum dazu, dass ein Teil des metallischen Reflexionsgrad an der Oberfläche erhalten bleibt und die Strahlung in der Mitte der Bearbeitungszone fokussiert wird. Unter Beachtung dieser Vorausetzungen können mit gepulsten Rod-Lasern Aspektverhältnisse von über 1:200 erreicht werden. Diese Tiefenbohrungen zeichnen sich im Gegensatz zu herkömmlichen Perkussionsbohrungen durch geringe Ablagerungen, niedrige Temperaturbeeinflussung und relativ kurze Bohrzeiten aus. Mithilfe dieser Bohrstrategie lassen sich Bohrungen mit Durchmessern von 40-200um erzeugen. Die maximalen Bohrtiefen in Stahl betragen über 20mm Mit konventionellen Bohrresonatoren können zwar Bohrtiefen von über 40mm erreicht werden, solche geringe Bohrdurchmesser mit den entsprechend hohen Aspektverhältnissen sind jedoch nicht realisierbar. Rekolas GmbH CH-3600 Thun