Lasergravieren

Beim Volumenabtrag an Bauteilen muß zwischen 2 ½ und 3-dimensionalem Abtrag unterschieden werden. Der 2 ½ -dimensionale Abtrag liegt vor beim wiederholten Abfahren einer flächigen Kontur, wie es beim Tiefenbeschriften oder Trimmen der Fall ist. Es ergeben sich hier typischerweise glatte Böden und Wände mit einer prozeßbedingten Konizität, die von den eingestellten Laserparametern und dem Werkstoff abhängig ist. In einigen industriellen Anwendungsbereichen wird jedoch des Weiteren eine Tiefeninformation verarbeitet, wie z.B. Wände mit vorgegebener Konizität oder beliebige Topographien des Abtragsbodens. Letzteres wird als 3-dimensionaler Abtrag bezeichnet und findet bei der Herstellung filigraner Spritzgußformen oder Prägewerkzeuge zunehmend Verbreitung.

Der lasergestützte Volumenabtrag bietet eine ausgezeichnete Möglichkeit, hochpräzise Druck-, Präge-, Erodier- oder Spritzgusswerkzeuge herzustellen. Der große Vorteil gegenüber der konventionellen Funkenerosionstechnik besteht darin, dass der Laser werkzeugfrei, und damit geometrisch und werkstofflich hochflexibel ist. Zudem arbeitet er natürlich verschleißfrei. Ideal geeignet für diese Aufgaben ist ein gütegeschaltetes Lasersystem mit 90 W bis 150 W mittlerer Leistung, das Pulswiederholraten bis zu 50 kHz ermöglicht und mit einem Standard Ablenkkopf und einer motorisch angetriebenen vertikalen Zustellachse ausgestattet ist. Bei Pulsdauern von 50 bis 300 Nanosekunden, Pulsenergien im Bereich von 5 - 15 mJ und minimalen Spotdurchmessern von etwa 30 bis 100 µm ergeben sich an der Bearbeitungsstelle Leistungsdichten von mehreren 100 MW/cm².

Abhängig von der applizierten Leistungsdichte unterscheidet man zwei Abtragsmechanismen. Niedrige Intensitäten führen zu einer Verdampfung des Werkstoffs mit Abtragsraten von bis zu 0,5 mm³/min in Stahl. Bei höheren Leistungsdichten ändert sich der Abtragsrozess und eine verdampfungsinduzierte Schmelzverdrängung setzt ein. Abtragsraten in Metallen von über 10 mm³ pro Minute sind dadurch erzielbar. Bei sublimierenden Werkstoffen wie Siliziumnitrid oder Graphit können die Abtragswerte noch um ein Mehrfaches darüber liegen.