MSP FS2017

Question 1

Welche Eigenschaften unterscheiden Laserlicht vom Licht einer Glühlampe

Answer 1

Monochromasie, kollimation, Kohärenz

Question 2

Hat die Wellenlänge einen Einfluss auf die Strahlqualität, Begründung

Answer 2

ja, wellenlänge bestimmt den kleinsten Fokusdurchmesser

Question 3

In welchem Spektralbereich (Wellenlänge oder Bezeichnung) sind typische industrielle Laser verfügbar

Answer 3

Diodenlaser, Nd:YAG im Bereich von 1 ym
Co2 Laser: im Bereich von 10 ym
Excimer Laser: 175 nm

Question 4

Nennen Sie 2 Beispiele laseraktiver Medien für Industrielaser

Answer 4

CO2, Neodym, Ytterbium Ionen seltener Erden oder Übergangsmetalle (Cr, Ti) in nichtleitenden Wirtkristallen (YAG, Safir, Glas)

Festkörper, Gas

Question 5

Welche beiden Betriebsarten unterscheidet man bei Lasern

Answer 5

Continuous Wave (Dauerstrahl)
Pulse Wave (gepulst)

Question 6

Welche beiden Parameter sind für eine «gute» Strahlqualität verantwortlich

Answer 6

Tiefenschärfe und Fokusdurchmesser

Strahlparameterprodukt, Strahlqualitätskennzahl

Wellenlänge, Divergenzwinkel

Question 7

Welche Möglichkeiten haben Sie den Durchmesser des fokussierten Laserstrahls zu beeinflussen

Answer 7

Rohstrahl aufweiten, Gross -> keiner Fokus
Brennweite verändern, Kurz -> kleiner Fokus
(mehr Pumpleistung oder bessere Kühung -> thermische Linse :) )

Question 8

Warum ist die Strahlqualität lampengepumpter Festkörperlaser direkt von der mittleren Leistung abhängig (

Answer 8

Die hohe Verlustleistung bei lampengepumpten Lasern führt zu starker Erwärmung, Thermische linsen verschlechtern die Strahlqualität

Question 9

Was unterscheidet Faserlaser von fasergeführten Lasern

Answer 9

Faserlaser bezeichnet einen Resonator mit einem Aufbau als “Faser”

fasergeführte Laser bezeichnet nicht die Bauform des Resonators, sondern eine Möglichkeit den Laserstrahl an den gewünsten Prozessort zu leiten

Question 10

Welcher Lasertyp in welchem Pulslängenbereich wird üblicherweise für Beschriftungsanwendungen eingesetzt

Answer 10

Nd:YAG??, mittlere Wällenlänge

-> Kurze bis Lange Pulse

Question 11

Nennen Sie 3 typische Industriezweige mit einer typischen Anwendung für Ultrakurzpulslaser

Answer 11

Uhrenindustrie, Schneiden von Zahnrädern
Medizinaltechnik, Stants
Consumer Electronics, Gläser schneiden
Verbundwerkstoffe

Question 12

Worauf beruht der Effekt der sogenannten «kalten Materialbearbeitung» bei Ultrakurzpulslasern

Answer 12

Der Puls ist so kurz, dass es nicht zu einer Ionisation kommt.
Die Wärmeeinwirkung auf das Bauteil kann so gering wie möglich gehalten werden und beschränkt sich auf die Bearbeitungszone.

Question 13

Aus welchem Grund werden Diodenlaser hauptsächlich zum Umschmelzen, Härten und Schweissen eingesetzt und sind gegenüber Faser- und Scheibenlaser für das Schneiden und Bohren eher ungeeignet

Answer 13

Es werden vorwiegend Diodenpackete eingesetzt. Die Spots sind gross bzw. die Divergenz der einzelnen Dioden ist schwierig zu kontrollieren.
Es kann nur über Ein- und Ausschalten gepulst werden, dies geht nicht so schnell.

Question 14

Nennen Sie 3 wichtige Einflussgrössen, die die Qualität des Schneidergebnisses beim Laserschneiden wesentlich beeinflussen

Answer 14

Schneidgas
Raylaightlänge
Fokusdurchmesser

Fokuslage, Leistung

Question 15

Beschreiben Sie mindestens je 2 Vor- und Nachteile des Laserstrahlbohrens gegenüber dem Senkerodieren aus verfahrenstechnischer und wirtschaftlicher Sicht

Answer 15

+ nahezu alle Materialien bearbeitbar
+ hohe Prozessgeschwindigkeit

• grosse und tiefe Sacklochbohrungen nicht realisierbar
• schlechtere Oberflächenqualität, mehr Wärme

Question 16

Erläutern Sie den Unterschied zwischen Keyhole Schweissen und Wärmeleitungsschweissen

Answer 16

Keyhole: erhitzen bis zur Verdampfung, Strahleinleitung über entstandene Dampfkapilare
Wärmeleitungsschweisen: erhitzen bis Schmelzbad. Anschliessende “Ausbreitung” der Wärme nur duch Wärmeleitung.
Keyhole viel tiefere Einschweisstiefe.

Question 17

Welche Schweissnahtfehler kennen Sie

Answer 17

Risse (Heiss- und Kaltrisse), Poren, Bindefehler

Question 18

Für welche Industriezweige und Anwendungen in der Materialbearbeitung werden Ultrakurzpulslaser eingesetzt? Nennen Sie je 2 Industriezweige und Anwendungen. Worin bestehen Vor- und Nachteile gegenüber Lasern mit längeren Pulsen?

Answer 18

Uhrenindustrie: Zahnräder, Zeiger schneiden
Medizinaltechnik: Stants schneiden, Mikrostrukturierung

+ präzise Beareitung - geringe Energieeinbringung
+ Mikrostukturierung - lange Prozessdauer
+ “kalte” Bearbeitung

Question 19

Welchen Lasertyp würden Sie zum Schneiden von Glas einsetzen? Begründen Sie Ihre Antwort

Answer 19

CO2 oder UV, wegen der Wällenlänge

Question 20

Mit welchen Herausforderungen rechnen Sie beim Schweissen von Titan? Welchen Laser würden Sie einsetzen? Begründen Sie Ihre Antwort

Answer 20

Titan ist ungeeignet beim Einsatz von Stickstoff. Das Material wird spröde. Grosse Körner.
Wegen der Wellenlänge ist ein UV Laser gut geignet.

Question 21

Pulsformung und Pulsmodulation sind wichtige technologische Einflussmöglichkeiten gepulster Laser. Wofür werden diese verwendet

Answer 21

Für die kontrollierte Erstarrung der Schmelze. Korngrösse reduzieren.
So können Risse und Eigenspannungen sowie die Festigkeit verbessert werden.
Durch die Modulation wird ausserdem das Plasma weniger Stark augebildet, dies ist z.B. bei Sacklöchern vorteilhaft.

Question 22

Welches Prozessgas wird für das Laserbrennschneiden eingesetzt? Welche Aufgaben hat das Prozessgas

Answer 22

O2
Es hilf beim Abbrand des Materials. Geilchzeitig treibt es noch die Schmelze aus.
O2 begünstigt ausserdem eine gute Oberflächenqualität

Question 23

Welches Strahlführungssystem wird für das Laserstrukturieren und Laserbeschriften eingesetzt. Beschreiben Sie oder skizzieren Sie das Verfahrensprinzip der Strahlführung

Answer 23

Galvo Scanner

Question 24

Gesetzt dem Fall, die Leistungsdichte würde nicht ausreichen, welche technologischen Massnahme könnten Sie ergreifen um diese mit dem verwendeten Laser doch noch zu erreichen

Answer 24

Verstärker, kürzere Pulse

Fokus weiter verkleinern (anderes Objektiv, Achtung Rayleighlänge)

Question 25

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein neues Produkt entwickelt und müssten folgendes Bauteil in 20 Varianten mit unterschiedlicher Aussenkonturen mit einer Stückzahl von je 30.000 Teilen/ Jahr fertigen lassen. Die Bauteilvarianten haben ungefähre Abmessungen von 300 x 500 mm und eine Blechdicke von 1 mm.

Sie stehen unter Zeitdruck und müssen Prototypen für das Bauteil für Tests möglichst günstig fertigen lassen.
Wie gehen Sie vor?

Sie erhalten den Fertigungsauftrag für die Serienfertigung und müssen sich für ein Fertigungsverfahren für die Serie entscheiden. Welches Verfahren wählen Sie?
Begründen Sie Ihre Entscheidung im Vergleich mit mindestens einem weiteren Verfahren

Answer 25

Prototypen können Lasergeschnitten und anschliessend gebogen werden.
Schnell und günstig. Realisierung in 2 Tagen.

Die Stückzahl ist hoch (einige Jahre erforderlich), dass die Bauteile gestanzt werden sollten. Nicht ganz trivial ist die grösse der Bauteile. Die Stabilität bei nur 1mm Materialstärke ist fragwürdig. Hingegen dauert die Bearbeitung mit eime Laser länger als beim Stanzen.
Summa Summarum Stanzen wenn möglich, sonst lasern.