Gepulster Laserstrahl poliert Implantatoberflächen

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Zu diesem Zweck erfolgt die Bewertung durch eine flächige optische Vermessung mit anschließender Analyse mittels eines phasenkorrekten Profilfilters (Bild 2). Dabei wird die Rauheit in Abhängigkeit von der Ortswellenlänge bestimmt und es können zusätzliche Aussagen über die Funktionseigenschaften der Oberfläche gewonnen werden.

Zwei Verfahren zum Laserpolieren von Metallen

Beim Laserpolieren von metallischen Werkstoffen werden zwei Verfahrensvarianten unterschieden:

• Beim Makropolieren mit kontinuierlicher Laserstrahlung wird die Oberfläche bis zu einer Tiefe von 40 bis 80 µm umgeschmolzen. Dabei werden langwellige, grobe Oberflächenstrukturen mit einer Ortswellenlänge bis zu 500 µm, wie sie zum Beispiel beim Drehen, Fräsen oder Erodieren auftreten, geglättet. Die Bearbeitungszeit liegt bei etwa 1 bis 3 min/cm². Dabei kann je nach Art und insbesondere Homogenität des Werkstoffs eine Ausgangsrauheit Ra von 1 bis 3 µm auf 0,05 bis 3 µm reduziert werden.
• Beim Mikropolieren mit gepulster Laserstrahlung wird die Oberfläche nur bis zu einer Tiefe von maximal 5 µm umgeschmolzen und dadurch die Mikrorauheit bis zu Ortswellenlängen von 20 µm verringert, was zu einem höheren Glanzgrad führt. Grobe Strukturen bleiben aufgrund der geringen Umschmelztiefe unbeeinflusst. Die Bearbeitungszeit liegt in der Regel bei 3,3 s/cm², die Rauheit Ra kann von 0,3 bis 0,5 µm auf 0,08 µm reduziert werden.

Makro- und Mikropolieren können kombiniert werden

Beide Arten des Polierens mit Laserstrahlung können (analog zu konventionellen Schleif- und Polierverfahren) kombiniert werden. Im ersten Schritt werden grobe Ausgangsstrukturen wie Dreh- oder Fräsriefen beseitigt; im zweiten Schritt wird die Mikrorauheit verringert und dadurch der Glanzgrad erhöht.

Für die Bearbeitung von Freiformflächen ist eine Anpassung der Prozessparameter an die Geometrie erforderlich. Dazu hat das Fraunhofer-ILT eine Prozesskette entwickelt, mit der, ausgehend von einem CAD-Modell des zu polierenden Bauteils, die entsprechenden Daten erstellt werden können (Bild 3).

CAM-Algorithmen für das Schlichtfräsen auch zum Laserpolieren anwendbar

Aus dem CAD-Modell werden zunächst die Bahndaten mit einer Standard-CAM-Software geplant. Die Erzeugung der Bahndaten erfolgt mit den Algorithmen für das Schlichtfräsen. Anschließend werden die Bahndaten durch ein prozessspezifisches Technologiemodul aufbereitet, sodass die Bearbeitung des Bauteils auf einer Laserpolieranlage erfolgen kann.

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