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Ü. Thermisches Abtragen durch Laserstrahl Flashcards

1
Q

Thermisches Abtragen gehört zur Gruppe ?(1)? und der Hauptgruppe ?(2)?.

A

(1) 3.4 Abtragen (DIN 8590)

(2) 3.Trennen

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2
Q

Nenne die Untergruppen der Gruppe 3.4 Abtragen: ?? (3)

A
  1. 4.1 Thermisches Abtragen
  2. 4.2 Chemisches Abtragen
  3. 4.3. Elektrochemisches Abtragen
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3
Q

Nach welcher DIN lässt sich das Abtragen in das Thermische, Chemische und Elektrochemische Abtragen unterteilen?

A

DIN 8590

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4
Q

Nenne die Untergruppen der Untergruppe Thermisches Abtragen! (7)

A
  1. 4.1.1 Thermisches Abtragen durch festen Körper
  2. 4.1.2 Thermisches Abtragen durch Flüssigkeit
  3. 4.1.3 Thermisches Abtragen durch Gas (DIN 2310-6)
  4. 4.1.4 Thermisches Abtragen durch elektrische Gasentladung (DIN 2310-6)
  5. 4.1.5 Thermisches Abtragen durch Strahl (DIN 2310-6)
  6. 4.1.6 Thermisches Abtragen durch Bewegung
  7. 4.1.7 Thermisches Abtragen durch elektrischen Strom
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5
Q

Interaktion von Protonen mit einem Atom und zwei Energieniveaus

Elektronen können diskrete ?(1)? EsubB aufnehmen und abgeben

Energieaufnahme EsubA entrspricht größerem ?(2)? rsubB des Elektrons (Bohr’sche Atommodell)

keine ?(3)? Vergrößerung des Bahnradius rsubB
–> QUANTENSPRUNG

Änderung des Energieniveaus E kann durch ?(4)? angeregt werden

Folie 4

A

(1) Energiebeträge
(2) Bahnradius
(3) kontinuierliche
(4) Photonen

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6
Q

Interaktion von Protonen mit einem Atom und zwei Energieniveaus

Unterscheidung: ?? (3)

A

spontane Emission (abh. von Relaxationszeit t des Energieniveaus EsubN)

stimulierte Absorption (durch Photon)

stimulierte Emission (relevant für Laser)

(Abbildungen Folie 4)

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7
Q

DIN ??: Thermisches Abtragen durch Strahl

A

DIN 2310-6 (Wichtig!)

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8
Q

Spontane Emission

Angeregte ?(1)? im Energieniveau EsubN2 ?(2)? nach der Lebenszeit des oberen Laserzustandes (T2) ?(3)? in das Energieniveau EsubN1

Relaxation unter Abgabe eines ?(4)?

Spontane Emission ist unabhängig vom umgebenden ?(5)?

A

(1) Atome
(2) relaxieren
(3) spontan
(4) Photons
(5) Lichtfeld

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9
Q

Nenne Eigenschaften von Emission am spontanen erzeugtem Licht! (3)

A

inkohärent

isotrop

zufällige Richtung

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10
Q

Stimulierte Emission

Relaxation von E2 nach E1 kann durch ?(1)? mit der korrekten Energie E ?(2)? werden

?(3)? Photon bleibt erhalten

?(4)? Photon besitzt gleiche Richtung und Phase wie ?(5)? Photon

Emittierte Wellenlänge ist abhängig vom Abstand der ?(6)?: (siehe Formel Folie 7)

A

(1) Photonen
(2) stimuliert
(3) Anregendes
(4) Emittiertes
(5) angeregtes
(6) Energiebänder

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11
Q

Besetzungsinversion

Wahrscheinlichkeit für spontane und stimulierte Emission ist ?(1)? (Vergleich angeregtes/nichtangeregtes Atom)

Zunahme der Photonenzahl im Lasermedium ist nur möglich, wenn mehr ?(2)? im ?(3)? Zustand sind (Besetzungsinversion)

Durch “normale Anregung” (thermisch optisch) jedoch nur bei maximaler ?(4)? möglich

Besetzungsinversion ist nur im Lasermedium mit mindestens Besetzungsinversion zwei ?(5)?

starke Besetzungsinversion im Lasermedium löst lawinenartige ?(6)? aus

A

(1) gleich groß
(2) Atome
(3) angeregten
(4) gleicher Besetzung
(5) Energieniveaus EsubN
(6) Lichtverstärkung

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12
Q

Laseraufbau

Nenne wesentliche Bestandteile eines Lasers: ?? (2)

A

Verstärker

optischer Resonator

(siehe Folie 9)

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13
Q

Laseraufbau

Welche Funktion hat der Verstärker?

A

Er ist zum “Pumpen” (d.h. zur Erzeugung einer Besetzungsinversion) da!

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14
Q

Laseraufbau

Der Resonator erzeugt was?

A

gerichtete Laserstrahlung

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15
Q

Laseraufbau

Der Resonator erzeug gerichtete Laserstrahlung:

  • ?(1)? bereits erzeugter Strahlung
  • Ausblendung aller unerwünschten ?(2)? nach einmaligen Durchtritt durch das ?(3)?
  • größter Teil der Strahlung wird im Resonator fortwährend ?(4)?
  • kleiner Teil durch teildurchlässigen Spiegel ausgekoppelt –> ?(5)?
A

(1) Rückkopplung
(2) Ausbreitungsrichtungen
(3) Lasermedium
(4) hin und her gespiegelt
(5) Laserstrahlung

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16
Q

Laserarten

Welche Laserart ist in der Industrie am weitesten verbreitet?

A

Infrarot

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17
Q

Nenne Laserarten! (5)

A

Radio

Mikrowellen

Infrarot

Ultraviolet (UV)

Gamma

(FOLIE 10 ansehen)

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18
Q

Je kleiner die Wellenlänge, desto ??

A

höher sind die Kosten (normalerweise)

weil die Optik teurer ist und viel Energieverlust vorliegt

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19
Q

Nenne Lasertypen! (5)

A

Festkörperlaser

Gaslaser

Excimerlaser

Halbleiterlaser

Farbstofflaser

(Tabelle Folie 11)

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20
Q

Die Ausgangswellenlänge vom Ausgangsmedium wird immer gleich sein, außer bei den Farbstofflasern.

Wahr /Falsch?

A

Wahr

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21
Q

Festkörperlaser

Festkörperlaser aus Nd: YAG-Kristall

FOLIE 12 ansehen!!

A

!

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22
Q

Gaslaser

Gaslaser mit CO2, N2 und He als Lasermedium gemischt:

  • Gas in ?(1)? Qsubr eingeschlossen und über ?(2)? QsubG angeregt
  • ?(3)? zwischen zwei Schwingungszuständen des CO2 Moleküls
  • Anregung in das obere Laserniveau über Anregung von ?(4)?
  • Anregungslinie der N2-Moleküle wird sehr effektiv an ?(5)? übertragen
  • cw- und Puls-Laser
  • Hauptemissionslinie lamba = ?(6)?

FOLIE 13 ansehen!!

A

(1) Entladungsröhre
(2) Gasentladung
(3) Laserübergang
(4) N2-Molekülen
(5) CO2-Moleküle
(6) 10.600 nm

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23
Q

Beim Gaslaser gibt es eine Hauptemissionslinie von lambda = 10600 nm.

Wahr/Falsch?

A

WAHR

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24
Q

Farbstofflaser

?(1)? als Lasermedium in geeignetem Lösungsmittel (z.B. Ethanol, Methanol):

  • Lösung durchfließt eine Küvette und wird über ?(2)? oder ?(3)? angeregt
  • cw- oder Puls-Laser
  • breites ?(4)? (50nm <= lambda <= 100nm)
A

(1) Farbstoff
(2) Pumplaser
(3) Bogenlampe
(4) Emissionsspektrum

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25
Was ist die Besonderheit bei Excimerlasern?
das untere Laserniveau ist ein nichtbindender Zustand (d.h. KrF Molekül ist nicht stabil)
26
Excimerlaser ?(1)? Gaslaser Betrieb mit verschiedenen ?(2)? hohe Ausgangsleistungen Psuba im ?(3)? (157nm <= lambda <= 351nm) Besonderheit: das untere Laserniveau ist ein ?(4)? Zustand (d.h. KrF Molekül ist nicht stabil) Übliche Emissionswellenlängen: - lambda = 193 nm (ArF) - lambda = 248 nm (KrF) - lambda = 308 nm (XeCI) - lambda = 350 nm (XeF)
(1) gepulster (2) Edelgas-Halogengemischen (3) UV-Bereich (4) nichtbindender
27
Absorption von Laserstrahlung Der Laserstrahl erzeugt beim Auftreffen auf die Werkstoffoberfläche eine Erwärmung des Werkstoffes durch ?(1)? eines Teiles der Lichtenergie EsubL. Der nicht-absorbierte Teil der Energie E wird von der Werkstoffoberfläche zum einen ?(2)? und zum anderen ?(3)?
(1) Absorption (2) zurückgestrahlt (Reflexion) (3) durchgelassen (Transmission)
28
Absorption von Laserstrahlung Der Absorptionsgrad gibt das Verhältnis der aufgenommenen Laserleistung P zur insgesamt zur Verfügung stehenden Laserleistung P an und beträgt im Idealfall P = 100%. In der Praxis liegt der Absorptionsgrad alpha <= ?(1)?%. Der Rest wird ?(2)? oder ?(3)?
(1) 30 (2) reflektiert (3) transmittiert
29
Abtragsmechanismen Es gibt 3 verschiedene Abtragsmechanismen: ??
Sublimationsabtrag Schmelzabtrag Abtrag von festem Werkstoff
30
Abtragsmechanismen ``` Sublimationsabtrag Schmelzabtrag Abtrag von festem Werkstoff _____ Abhängig von der ?(1)? des Lasers, dem ?(2)? und der ?(3)? bilden sich die oben genannten drei Mechanismen beim Abtragen unterschiedlich stark aus. ```
(1) eingestrahlten Energie E (2) Absorptionsgrad alpha (3) Werkstoffparameter
31
Einfluss der Pulsdauer Die Pulslänge deltat hat erheblichen Einfluss auf was?
das Bearbeitungsergebnis
32
Einfluss der Pulsdauer cw-Betrieb oder langer Pulsdauer: - ?(1)? und ?(2)? dominierend - große thermisch beeinflusste Zone, Mikrorisse, Ablagerungen auf Oberfläche, Gratbildung Ultrakurpulslasern (ab Pikosekundenbereich): - ?(3)? dominierend - keine ?(4)? Schmelzbildung
(1) Schmelzbetrag (2) Festkörperabtrag (3) Sublimationsabtrag (4) Schmelzbildung
33
Anwendung cw- und gepulste Laser FOLIE 19 ansehen (diese Varianten wohl nicht mehr so relevant)
...
34
Strahlführung Abhängig vom eingesetzten Laser können folgende Führungssysteme verwendet werden: ?? (3)
Linearachsen (Spiegel) Rotationsachsen (Spiegel) Lichtwellenleiter (Abbildungen Folie 20 ansehen!)
35
Strahlführung Die Führungssysteme lassen sich grundlegend in ?(1)? und ?(2)? unterscheiden
(1) spiegelbasierend | (2) faserbasierend
36
Führungssysteme - Strahlführung Linearachsen (Spiegel) Anforderungen: ?? Anwendungen: ??
Anforderungen: optische Achse parallel zu mechanischer Linearachse Anwendungen: große, kartesische Arbeitsräume, hohe Geschwindigkeiten v
37
Führungssysteme - Strahlführung Rotationsachsen (Spiegel) Anforderungen: ?? Anwendungen: ??
Anforderungen: optische Achse identisch mit mechanischer Rotationsachse Anwendungen: kleine, komplexe Arbeitsräume Orientierungsachsen (Arbeitskopf) nur für rotationssymmetrische Strahlen
38
Führungssysteme - Strahlführung Lichtwellenleiter Anforderungen: ?? Anwendungen: ??
Anforderungen: optische Achse ist von der mechanischen Achse entkoppelt Anwendungen: beliebige Arbeitsräume nicht für alle Laser und Leistungen
39
Laserschneiden Fokussierung des Laserlichts in ?(1)? geometrisch bestimmten Spot Energieeintrag Esube durch Laserstrahl sorgt für ?(2)? ?(3)? sorgt für Abtransport des Werkstoffes aus der Bearbeitungszone
(1) kleinem (2) Materialabtrag (3) Hilfsgas
40
Nenne mind. 3 Vorteile des Laserschneidens: ??
- Energieeintrag Esube ausschließlich in Bearbeitungszone - kleiner wärmebeeinflusster Bereich - komplexe Geometrien bearbeitbar - kein Kontakt, keine Prozesskräfte F, keine Werkzeuge - Geschwindigkeit v, Kosteneffizienz
41
Laserstrahlschneiden kann in welche Verfahrensvarianten eingeteilt werden? (3)
Laserstrahl-Brennschneiden Laserstrahl-Schmelzschneiden Laserstrahl-Sublimierschneiden
42
Der Werkstoff wird bis zur Zündtemperatur erhitzt und durch Zufuhr von Sauerstoff verbrannt. Welche Verfahrensvariante des Laserstrahlschneidens liegt vor?
Laserstrahl-Brennschneiden
43
Der Werkstoff wird durch den Laserstrahl aufgeschmolzen und mit Hilfe eines reaktionstragenden Gases aus der Schnittfuge geblasen. Welche Verfahrensvariante des Laserstrahlschneidens liegt vor?
Laserstrahl-Schmelzshneiden
44
Der Werkstoff wird auf Sublimationstemperatur erhitzt und mit Hilfe eines reaktionstragenden Gases aus der Schnittfuge geblasen. Welche Verfahrensvariante des Laserstrahlschneidens liegt vor?
Laserstrahl-Sublimierschneiden
45
Laserstrahl-Brennschneiden kommt bei was zur Anwendung?
beim Trennen von Metallen
46
Laserstrahl-Schmelzschneiden kommt bei welchen Werkstoffen zur Anwendung? (2)
hochlegierte Stähle Nichteisenmetalle
47
Laserstrahl-Sublimierschneiden kommt bei welchen Werkstoffen zur Anwendung? (3)
Holz Papier Kunststoff
48
Laserstrahl-Werkstoff-Interaktion beim Laserstrahl-Schneiden: Die ?(1)? dient als Dichtung für die ?(2)? zum Laserstrahl hin. Das ?(3)? kühlt zum Teil die Linse und verhindert somit eine ?(4)? dieser (Effekt der thermischen Linse) Das Prozessgas kann ein ?(5)?- oder ?(6)?gas sein. Prozessgasdruck psubg ist ein entscheidender Faktor für die maximale ?(7)?
(1) Linse (2) Düse (3) Prozessgas (4) Ausdehnung (5) Inertgas (6) Schneidgas (7) Bearbeitungsdicke Folie 23 ansehen
49
Laserbohren Fokussierung des Laserlichts in kleinem, geometrisch ?(1)? Spot ?(2)? durch Laserstrahl sorgt für Materialabtrag ?(3)? sorgt für Abtransport des Werkstoffes aus der Bearbeitungszone
(1) bestimmten (2) Energieeintrag Esube (3) Hilfsgas
50
Nenne mind. 3 Vorteile des Laserbohren!
Vorteile: - Energieeintrag ausschließlich in Bearbeitungszone - kleiner wärmebeeinflusster Bereich - komplexe Geometrien bearbeitbar - kein Kontakt, keine Prozesskräfte F, keine Werkzeuge - Geschwindigkeit v hoch und dadurch Kosteneffizienz
51
Laserbohren Entkopplung des Strahls im rotierendem dove-Prisma erzeugt Rotation der Strahlachse in sich selbst und im Bezug auf das Werkstück Eine Rotation der Prismenachse erzeugt zwei Umdrehungen n der Strahlachse Variation der Prismenchase erzeugt unterschiedliche Bohrdurchmesser Folie 26!
...
52
Laserfräsen Gepulstes Laserlicht wird für einen ?(1)? verwendet pro Puls wird eine ?(2)? Werkstoffmenge abgetragen Laserstrahl wird über die Oberfläche bewegt um die benötigten Features zu erzeugen Pulsanzahl pro Position bestimmt die ?(3)?
(1) 3D Materialabtrag (2) geringe (3) Strukturtiefe
53
Nenne Vorteile des Laserfräsen: ?? (3)
Vorteile: - hohe Auflösung, hohe Präzision - etabliertes Verfahren in der Mikroproduktionstechnik - Spotdurchmesser dsubu >= 1 mikrometer
54
Laserbearbeitungszentren Entwicklung von Fertigungstechnologien für die hochpräzise Laserbeschichtung Hochpräzisions-5-Achsbearbeitung Festkörperlaser mit Pulsdauer im Pikosekundenbereich: Nd: YAG Verbindung zwischen "klassischem" Maschinenbau und Lasertechnologien --> siehe Folie 29
...
55
Laserbearbeitung Entwicklung eines effizienteren Verfahrens für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen Forschungsthemen: SIEHE FOLIE 30!
!
56
Gezielte Modifikation der Oberfläche mit Pikosekundenlaser Forschungsthemen: siehe FOLIE 31!
!
57
Biodegradierbare Stents | --> Folie 32+33
..
58
Lasertexturierung von Zahnimplantate | --> Folie 34+35
...
59
Nenne mind. 3 Vorteile der Laserstrahlverfahren! (WICHTIG mMn)
Vorteile: - Bearbeitung unabhängig von Härte H und Festigkeit - kein Werkzeug, daher kein Verschleiß davon - hohe Formgenauigkeit GsubF - Bearbeitung mit hohen Geschwindigkeiten v möglich - gratfrei und geringe Rauheitswerten
60
Nenne mind. 3 Nachteile der Laserstrahlverfahren! (WICHTIG mMn)
Nachteile: - geringer energetischer Wirkungsgrad (< 30%) - -> nur 30% können absorbiert werden - hohe Investitionskosten - thermisch induzierte Spannungen - giftige und krebserregende Verbrennungs- und Pyrolyseprodukte

FT (19 decks)

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