Prozesskontrolle für die schnelle Laserbearbeitung von CFK

Mit der neuen Messmethode können bald thermisch kritische Bereiche in der Bearbeitungsgeometrie genau überwacht werden / Bildquelle: LZH

Für die Lasermaterialbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen fehlt es derzeit noch an angepassten Methoden zur Prozesskontrolle. Daher arbeiten Wissenschaftler am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) nun zusammen mit der Sensortherm GmbH und Newson nv an einem neuartigen Doppelscannerkopf: Bei diesem wird der Strahlengang des Bearbeitungslasers vom Detektionsstrahlengang zur Temperaturmessung entkoppelt. Damit werden räumlich flexible und zeitlich hochauflösende Messungen während der Faserverbundbearbeitung möglich.

Mit einem Doppelscannerkopf werden CFK-Bearbeitung und Messung voneinander entkoppelt / Bildquelle: LZH

Mit dem kombinierten Scannerkopf soll erstmalig die Temperatur beliebiger Punkte innerhalb und außerhalb der Laser-Interaktionszone während der laufenden Bearbeitung gemessen werden können. Dazu entkoppeln die Projektpartner den Strahlengang des Lasers von dem des Hochgeschwindigkeitspyrometers. Bei diesem Prozess wird der Messstrahl des Pyrometers über eigene Spiegel gelenkt. Diese sind speziell auf die Detektionswellenlänge des Pyrometers abgestimmt.

Die hochgenaue Online-Temperaturmessung ist insbesondere wichtig bei der Laserbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK). Mit dem Doppelscannerkopf und der damit verbundenen Messmethode können thermisch kritische Bereiche in der Bearbeitungsgeometrie genau überwacht werden. Dieses Prinzip bildet die Grundlage, um aktiv in den laufenden Prozess einzugreifen und diesen zu optimieren.

Während das LZH die zugehörigen Laserprozesse entwickelt und die Prozessregelungen für das Schweißen und Schneiden von Faserverbundwerkstoffen aufsetzt, entwickelt Newson nv, Berlare-Overmere, Belgien, den eigentlichen Doppelscannerkopf. An diesen Bearbeitungskopf werden neuartige Hochgeschwindigkeitspyrometer für unterschiedliche Wellenlängenbereiche von der Sensortherm GmbH, Sulzbach/Taunus, angepasst. Weiterhin optimiert Sensortherm diese Pyrometer für das Laserdurchstrahlschweißen sowie das Laserschneiden und -abtragen. Der Einsatz des Doppelscannerkopfes ist nicht auf die Laserbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen beschränkt, so dass beispielsweise Metall- oder Glaswerkstoffe ebenfalls bearbeitet werden können.

Das europäische EraSME-Projekt A'Quilaco (Online Qualitäts- und Prozesskontrolle zur Hochgeschwindigkeitslaserbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen) startete am 1. Januar 2014 und hat eine Laufzeit von zwei Jahren. A´Quilaco wird in Deutschland vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und in Belgien vom IWT "agentschap voor Innovatie door Wetenschap en Technologie" gefördert.

http://www.lzh.de