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Einführung in die Laserbearbeitung in der Fertigung
Die Laserbearbeitungstechnologie hat eine rasante Entwicklung erlebt und wird in verschiedenen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Elektronik usw. weit verbreitet eingesetzt.Es spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Produktqualität, der Arbeitsproduktivität und der Automatisierung und reduziert gleichzeitig die Umweltverschmutzung und den Materialverbrauch (Gong, 2012).
Laserbearbeitung in metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen
Die Hauptanwendung der Laserbearbeitung im letzten Jahrzehnt lag bei Metallmaterialien, einschließlich Schneiden, Schweißen und Plattieren.Das Feld weitet sich jedoch auf nichtmetallische Materialien wie Textilien, Glas, Kunststoffe, Polymere und Keramik aus.Jedes dieser Materialien eröffnet Chancen in verschiedenen Branchen, obwohl es bereits etablierte Verarbeitungstechniken gibt (Yumoto et al., 2017).
Herausforderungen und Innovationen in der Laserbearbeitung von Glas
Glas stellt mit seinen breiten Anwendungen in Branchen wie der Automobil-, Bau- und Elektronikindustrie einen wichtigen Bereich für die Laserbearbeitung dar.Herkömmliche Glasschneidemethoden, bei denen Hartmetall- oder Diamantwerkzeuge zum Einsatz kommen, weisen eine geringe Effizienz und raue Kanten auf.Im Gegensatz dazu bietet das Laserschneiden eine effizientere und präzisere Alternative.Dies zeigt sich besonders deutlich in Branchen wie der Smartphone-Herstellung, wo Laserschneiden für Kameraobjektivabdeckungen und große Displays eingesetzt wird (Ding et al., 2019).
Laserbearbeitung hochwertiger Glasarten
Verschiedene Glasarten wie optisches Glas, Quarzglas und Saphirglas stellen aufgrund ihrer Sprödigkeit besondere Herausforderungen dar.Fortschrittliche Lasertechniken wie das Femtosekunden-Laserätzen haben jedoch eine präzise Bearbeitung dieser Materialien ermöglicht (Sun & Flores, 2010).
Einfluss der Wellenlänge auf lasertechnologische Prozesse
Die Wellenlänge des Lasers beeinflusst den Prozess maßgeblich, insbesondere bei Materialien wie Baustahl.Laser, die im ultravioletten, sichtbaren, nahen und fernen Infrarotbereich emittieren, wurden auf ihre kritische Leistungsdichte zum Schmelzen und Verdampfen analysiert (Lazov, Angelov & Teirumnieks, 2019).
Vielfältige Anwendungen basierend auf Wellenlängen
Die Wahl der Laserwellenlänge ist nicht willkürlich, sondern hängt stark von den Materialeigenschaften und dem gewünschten Ergebnis ab.Beispielsweise eignen sich UV-Laser (mit kürzeren Wellenlängen) hervorragend für Präzisionsgravuren und Mikrobearbeitung, da sie feinere Details erzeugen können.Damit sind sie ideal für die Halbleiter- und Mikroelektronikindustrie.Im Gegensatz dazu sind Infrarotlaser aufgrund ihrer tieferen Eindringfähigkeit bei der Bearbeitung dickerer Materialien effizienter und eignen sich daher für schwere Industrieanwendungen.(Majumdar & Manna, 2013). Ebenso finden grüne Laser, die typischerweise bei einer Wellenlänge von 532 nm arbeiten, ihre Nische in Anwendungen, die hohe Präzision bei minimaler thermischer Belastung erfordern.Sie sind besonders effektiv in der Mikroelektronik für Aufgaben wie die Schaltungsstrukturierung, in medizinischen Anwendungen für Verfahren wie der Photokoagulation und im Bereich der erneuerbaren Energien für die Herstellung von Solarzellen.Aufgrund ihrer einzigartigen Wellenlänge eignen sich grüne Laser auch zum Markieren und Gravieren verschiedener Materialien, einschließlich Kunststoffen und Metallen, bei denen ein hoher Kontrast und minimale Oberflächenschäden erwünscht sind.Diese Anpassungsfähigkeit grüner Laser unterstreicht die Bedeutung der Wellenlängenauswahl in der Lasertechnologie, um optimale Ergebnisse für bestimmte Materialien und Anwendungen zu gewährleisten.
Der525 nm grüner Laserist eine spezielle Art von Lasertechnologie, die sich durch ihre ausgeprägte grüne Lichtemission bei der Wellenlänge von 525 Nanometern auszeichnet.Grüne Laser dieser Wellenlänge finden Anwendung in der Photokoagulation der Netzhaut, wo ihre hohe Leistung und Präzision von Vorteil sind.Sie sind potenziell auch bei der Materialverarbeitung nützlich, insbesondere in Bereichen, die eine präzise und minimale thermische Belastung erfordern.Die Entwicklung grüner Laserdioden auf c-plane GaN-Substrat hin zu längeren Wellenlängen bei 524–532 nm markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Lasertechnologie.Diese Entwicklung ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen, die spezifische Wellenlängeneigenschaften erfordern
Dauerstrich- und modengekoppelte Laserquellen
Für die Laserdotierung selektiver Emitter-Solarzellen werden Dauerstrich- (CW) und modengekoppelte Quasi-CW-Laserquellen mit verschiedenen Wellenlängen wie Nahinfrarot (NIR) bei 1064 nm, Grün bei 532 nm und Ultraviolett (UV) bei 355 nm in Betracht gezogen.Unterschiedliche Wellenlängen haben Auswirkungen auf die Anpassungsfähigkeit und Effizienz der Fertigung (Patel et al., 2011).
Excimer-Laser für Materialien mit großer Bandlücke
Excimer-Laser, die mit einer UV-Wellenlänge arbeiten, eignen sich für die Bearbeitung von Materialien mit großer Bandlücke wie Glas und kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFK) und bieten hohe Präzision und minimale thermische Auswirkungen (Kobayashi et al., 2017).
Nd:YAG-Laser für industrielle Anwendungen
Nd:YAG-Laser werden aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der Wellenlängenabstimmung in einem breiten Anwendungsspektrum eingesetzt.Ihre Fähigkeit, sowohl bei 1064 nm als auch bei 532 nm zu arbeiten, ermöglicht Flexibilität bei der Verarbeitung verschiedener Materialien.Beispielsweise ist die Wellenlänge von 1064 nm ideal für tiefe Gravuren auf Metallen, während die Wellenlänge von 532 nm eine hochwertige Oberflächengravur auf Kunststoffen und beschichteten Metallen ermöglicht (Moon et al., 1999).
→Verwandte Produkte:CW Diodengepumpter Festkörperlaser mit 1064 nm Wellenlänge
Hochleistungs-Faserlaserschweißen
Beim Stichlochlaserschweißen von Metallen werden Laser mit Wellenlängen nahe 1000 nm, guter Strahlqualität und hoher Leistung eingesetzt.Diese Laser verdampfen und schmelzen Materialien effizient und erzeugen hochwertige Schweißnähte (Salminen, Piili & Purtonen, 2010).
Integration der Laserbearbeitung mit anderen Technologien
Die Integration der Laserbearbeitung mit anderen Fertigungstechnologien wie Plattieren und Fräsen hat zu effizienteren und vielseitigeren Produktionssystemen geführt.Diese Integration ist insbesondere in Branchen wie dem Werkzeug- und Formenbau und der Motorenreparatur von Vorteil (Nowotny et al., 2010).
Laserbearbeitung in aufstrebenden Bereichen
Die Anwendung der Lasertechnologie erstreckt sich auf aufstrebende Bereiche wie die Halbleiter-, Display- und Dünnschichtindustrie, bietet neue Möglichkeiten und verbessert Materialeigenschaften, Produktpräzision und Geräteleistung (Hwang et al., 2022).
Zukünftige Trends in der Laserbearbeitung
Zukünftige Entwicklungen in der Laserbearbeitungstechnologie konzentrieren sich auf neuartige Fertigungstechniken, die Verbesserung der Produktqualität, die Entwicklung integrierter Multimaterialkomponenten und die Verbesserung wirtschaftlicher und verfahrenstechnischer Vorteile.Dazu gehören die schnelle Laserfertigung von Strukturen mit kontrollierter Porosität, Hybridschweißen und Laserprofilschneiden von Metallblechen (Kukreja et al., 2013).
Die Laserbearbeitungstechnik prägt mit ihren vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und kontinuierlichen Innovationen die Zukunft der Fertigung und Materialbearbeitung.Seine Vielseitigkeit und Präzision machen es zu einem unverzichtbaren Werkzeug in verschiedenen Branchen und sprengen die Grenzen traditioneller Fertigungsmethoden.
Lazov, L., Angelov, N. & Teirumnieks, E. (2019).VERFAHREN ZUR VORABSCHÄTZUNG DER KRITISCHEN LEISTUNGSDICHTE IN LASERTECHNOLOGISCHEN PROZESSEN.UMFELD.TECHNOLOGIEN.RESSOURCEN.Tagungsband der Internationalen wissenschaftlichen und praktischen Konferenz. Verknüpfung
Patel, R., Wenham, S., Tjahjono, B., Hallam, B., Sugianto, A. & Bovatsek, J. (2011).Hochgeschwindigkeitsherstellung von laserdotierten selektiven Emitter-Solarzellen unter Verwendung von 532-nm-Dauerstrich- (CW) und modengekoppelten Quasi-CW-Laserquellen.Verknüpfung
Kobayashi, M., Kakizaki, K., Oizumi, H., Mimura, T., Fujimoto, J. & Mizoguchi, H. (2017).DUV-Hochleistungslaserbearbeitung für Glas und CFK.Verknüpfung
Moon, H., Yi, J., Rhee, Y., Cha, B., Lee, J. & Kim, K.-S.(1999).Effiziente Intracavity-Frequenzverdopplung durch einen diodenseitig gepumpten Nd:YAG-Laser vom Diffusionsreflektortyp unter Verwendung eines KTP-Kristalls.Verknüpfung
Salminen, A., Piili, H. & Purtonen, T. (2010).Die Eigenschaften des Hochleistungsfaserlaserschweißens.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Teil C: Journal of Mechanical Engineering Science, 224, 1019-1029.Verknüpfung
Majumdar, J. & Manna, I. (2013).Einführung in die lasergestützte Herstellung von Materialien.Verknüpfung
Gong, S. (2012).Untersuchungen und Anwendungen fortschrittlicher Laserbearbeitungstechnologie.Verknüpfung
Yumoto, J., Torizuka, K. & Kuroda, R. (2017).Entwicklung eines Laserfertigungsprüfstands und einer Datenbank für die Lasermaterialbearbeitung.The Review of Laser Engineering, 45, 565-570.Verknüpfung
Ding, Y., Xue, Y., Pang, J., Yang, L.-j. und Hong, M. (2019).Fortschritte in der In-situ-Überwachungstechnologie für die Laserbearbeitung.SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica & Astronomica. Verknüpfung
Sun, H. & Flores, K. (2010).Mikrostrukturelle Analyse eines laserbearbeiteten metallischen Massenglases auf Zr-Basis.Metallurgische und Materialtransaktionen A. Verknüpfung
Nowotny, S., Münster, R., Scharek, S. & Beyer, E. (2010).Integrierte Laserzelle zum kombinierten Laserauftragschweißen und Fräsen.Montageautomation, 30(1), 36-38.Verknüpfung
Kukreja, LM, Kaul, R., Paul, C., Ganesh, P. & Rao, BT (2013).Neue Lasermaterialbearbeitungstechniken für zukünftige industrielle Anwendungen.Verknüpfung
Hwang, E., Choi, J. und Hong, S. (2022).Neue lasergestützte Vakuumprozesse für hochpräzise Fertigung mit hoher Ausbeute.Nanoskalig. Verknüpfung
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18.01.2024