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Reproduzierbare Tiefengravur und Oberflächenmodifizierung mittels Faserlaser

  • Im Bereich der Münzindustrie werden an die Gravur von metallischen Werkstoffen immer höhere Anforderungen an die zu erzielende Oberfläche gestellt. Durch die Wahl der Laserparameter können unterschiedliche Strukturierungen, Oberflächenveränderungen und Qualitäten erfolgen. Mit einem industriellen Lasersystem der Firma Baublys Laser GmbH soll ermittelt werden, welche Laserparameter für die Veränderung der Oberfläche verantwortlich sind. Zu diesen Veränderungen zählen unter anderem die Rauheit, Abtragtiefe und materialspezifischen Elemente wie Eigenspannungen. In diesem Zusammenhang sollen geeignete wirtschaftliche Parametersätze erforscht werden. In dieser Arbeit werden systematisch Untersuchungen zu den Prozessparametern wie Frequenz, Pulsdauer, Brennweite der Abbildungsoptiken und Powerfaktor durchgeführt. Dabei wird deren Wirkung auf die Oberflächenrauheit, Maÿgenauigkeit (Präzision, Wiederholgenauigkeit) und die Volumenabtragrate bzw. Abtragtiefe mit einbezogen. Mittels unterschiedlicher Abtragverfahren (Einzelpulsabtrag, Überlapppulsabtrag, Schichtabtrag) werden verschiedene Strukturen (Dot, Linie, Fläche) erzeugt. Für die Ermittlung der genannten Kenngröÿen stehen unterschiedliche Messmethoden zur Verfügung, zu denen unter anderem mehrere Mikroskoptechniken und ein Tastschnittgerät gehören. Zur Beurteilung der Strukturqualit ät wird ein Bewertungsystem eingeführt, welches sichere Rückschlüsse auf die Abtragqualit ät erlaubt. Dazu werden die Abweichungen, in Bezug auf Unebenheit des Bodens, Steilheit der Wände und die Abtragtiefe, von der Idealform zur Bewertung herangezogen. Daraus ergibt sich ein Hauptbearbeitungsparameter der auf Grund des wirtschaftlichen Aspektes Verwendung in der Münzindustrie finden soll.
  • Increasing demands on the surface quality are put forward especially in the application of laser engraving technologies for the production of tools in the mintage industry. Surface structures, modifications and quality are mainly controllable by the choice of laser process parameters. The aim of this work is to evaluate how certain laser parameters of a industrial laser engraving system (TF20/Ja/NC30, Baublys Laser GmbH ) affect the surface characteristics of engraved materials. Particularly characteristics such as surface roughness, ablation depth as well as residual stresses are a matter of interest. A systematic investigation of parameter changes of e.g. frequency, pulse duration, focal length of the imaging optics plus power factor and their influence on the surface roughness, accuracy grade (dimensional accuracy, repeatability) as well as ablation rate/depth is carried out. Different structures (dot, line, area) are produced repeatedly using various ablation methods like pulse ablation, overlap pulse ablation, coating removal. Following that a surface characterization is carried out using a variety of appropriate measurement methods such as several microscopic techni- ques and a surface profiler. In order to assess the quality of the engraved structures a new rating system is introduced which enables to draw conclusions from process parameters to ablation quality. This can be achieved through the evaluation of the contour accuracy by the comparison of measured to reference dimensions. In consequence the rating system offers the possibility to propose a set of laser process parameters which enables a reliable quality (roughness, accuracy, repeatability) as well as economical engraving processes that can be used within the mintage industry.

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Metadaten
Author:Jeannette Grüninig
Advisor:Peter Hartmann, Sven Maßwig
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Name:Baublys Laser GmbH
Mauserstr. 19, 71640 Ludwigsburg
Date of Publication (online):2018/02/22
Year of first Publication:2012
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Date of final exam:2012/11/30
Release Date:2018/02/22
Tag:Prägestempel; Tiefengravur
3D-Struktur; Abtragtiefe; Schmelzrandhöhe
GND Keyword:Faserlaser
Page Number:86 Seiten, 58 Abb., 10 Tab., 36 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik