Effizienzsteigerung beim Mikroabtrag mit Festkörperlasern durch tailored pulse trains - TPT

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Ziel des Vorhabens ist die Steigerung der Effizienz bei der Mikrobearbeitung metallischer Werkstoffe durch zeitliche Modulation der Laserstrahlleistung von Festkörperlasern mit Zeitskalen im Pikosekunden- bis in den Mikrosekundenbereich. Bei gleicher mittlerer Leistung soll die Abtragsrate um bis zu einen Faktor 5 gegenüber dem Stand der Technik vergrößert werden. Schwerpunkt ist dabei die Erzeugung definierter Abtragsgeometrien mit möglichst geringen Schmelztiefen und die Vermeidung unerwünschter Ablagerungen an den Grenzflächen der erzeugten Kavität sowie in der Umgebung des Bearbeitungsortes. Dabei wird über eine geeignete maßgeschneiderte Pulsabfolge mit variierender Pulsdauer und Pulsleistung der Grad der Metalldampfbildung und damit der auf die Schmelze aufgebrachte Druck möglichst exakt auf das Schmelzvolumen und die aufzubringende kinetische Energie angepasst. Die einzelnen Pulsfolgen beinhalten dabei Pulsbursts mit ps- bis ns-Dauer mit einem variabel einstellbarem Abstand bis zu einigen µs und von Burst zu Burst einstellbaren Pulsleistungen. Prozessaufgelöste Diagnostik sowie eine mikrogravimetrische Analyse der Abtrags- und Redepositionsgeometrien nach einer Pulsbeaufschlagung dienen dazu einen Qualitätsparameter für den Abtrag zu quantifizieren. Für die prozessaufgelöste Diagnostik des Abtragsprozesses soll erstmals eine schnelle Multi-Element-Emissionsspektroskopie eingesetzt werden, die es erlaubt mit hoher Zeitauflösung den Verlauf elementspezifischer Emissionen im laser-induzierten Plasma zu verfolgen. Auf diese Weise kann die Wirkung des Pulstailoring auf die Abtragsdynamik beobachtet und optimiert werden.