Laserpolieren

Optik und Werkzeugbau profitieren vom Laserpolieren und -entgraten!

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3D-Druckteile mit wesentlich geringerem Porenanteil

Wie sich die Porosität von oberflächennahen Schichten in LPBF-Bauteilen per Laserpolieren reduzieren lässt, untersuchte Lucas-Hermann Beste, Wissenschaftler am BIAS mit Kollegen der University of Wisconsin-Madison, USA. Ein Versuch mit einer Kobalt-Chrom-Legierung (CoCr), einem Werkstoff, der oft in der Medizintechnik eingesetzt wird, wurde dazu durchgeführt. Unter Argon-Schutzgas polierte dazu ein gütegeschalteter 35 W Festkörperlaser (1080 nm) einen kleinen CoCr-Würfel mit einem 120 μm Laserstrahl und einem Vorschub von 120 bis 200 mm/s. Die Porosität ließ sich dabei um bis zu 63 % und die Rauheit Ra um rund 75 % auf durchschnittlich 2 μm verringern.

9-Achs-Laserbearbeitung poliert für Werkzeug- und Formenbau

Zu besonders anspruchsvollen Bauteilen zählen Werkzeuge und Formen, denn mit dem Polieren steht und fällt die spätere Qualität und das Aussehen der entsprechenden Produkte. Der Grund sind die anspruchsvollen Geometrien dieser Komponenten, erklärte Laura Kreinest, Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP der RWTH Aachen University. Der Laserprozess aber, kann an die oft sehr ungleichmäßigen Bearbeitungspfade angepasst werden. Die Expertin demonstrierte das anhand eines Werkzeugs aus GGG40, mit dem Glasflacons herstellbar sind (siehe Bilder).

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Infrage kamen drei Prozessstrategien: Laserpolieren mit 5+3-, 8- oder 9-Achs-Bearbeitung. Speziell bei komplexen Geometrien ist die 9-Achs-Simultanbearbeitung vorteilhaft, weil mit ihr die CAM-NC-Bahnplanung in Werkstückkoordinaten machbar ist. Bewährt hat sich dabei der Einsatz einer CAM-NC-Datenkette (etwa Powermill, Technology Processor TP4, LasPC), die vom ILT entwickelt wurde. Die Laserpolitur wurde auf einer Maschine von Arnold aus Ravensburg demonstriert (siehe Bilder). Ausgelegt ist das System für bis zu 100 kg schwere Bauteile mit einen Durchmesser von maximal 450 mm.

KI-Know-how minimiert Datenmenge polierender Laser für deren Weiterverarbeitung

Die Qualität des Laserpolierprozesses lässt sich bei der Vielzahl von beeinflussenden Parametern erhöhen, wenn das Verfahren mit Blick auf die Prozesssicherheit überwacht wird, war außerdem zu erfahren. Und Jack Anthony Beyfuss, Associate Professor und Director of Research University of Western Ontario, London (Kanada) setzt dabei auf thermografische Echtzeitüberwachung und KI-Software. Ein Tachyon MWIR-Kamerasystem zeichnete dazu die Arbeitsweise von polierenden Lasern (5 bis 35 W) mit 3000 Bildern pro Sekunde (64×64 Pixel) auf, um unter anderem mithilfe der Analysesoftware MATLAB die dabei entstehende enorme Datenmenge im Sinne einer effizienten Weiterverarbeitung zu reduzieren. Laut Beyfuss zeigte sich, dass die Analyse der Mustererkennung die Auswahl der am besten geeigneten Informationsmerkmale ermöglicht. Den Regelkreis schloss er mittels KI-Programm, das nach dem Prinzip des Machine-Learnings im Zusammenspiel mit einem Bayes'schen Netz arbeitet, das dabei hilft, die gemeinsame Wahrscheinlichkeitsverteilung aller beteiligten Variablen unter Ausnutzung bekannter sowie bedingter Unabhängigkeiten möglichst kompakt darzustellen.

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