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Bezzer
Projekte
Laserbasierte Erzeugung und Charakterisierung von Mikrostrukturen für ZfP-Vergleichskörper – Bezzer
Das InnoTeam-Projekt adressiert die innovative Erforschung von Verfahren und Prozessen zur Herstellung von Ersatzfehlern mittels ultrakurzer Laserpulse sowie deren Charakterisierung und Beurteilung als Vergleichskörper für zerstörungsfreie Prüfverfahren (ZfP-Verfahren) mit dem Ziel, realistischere Ersatzfehler als bisher herzustellen, ohne bei der Herstellung die Werkstoffeigenschaften zu verfälschen und damit Fehlinterpretationen der Prüfsignale zu verursachen. Damit wird automatisch die Bewertungssicherheit bei der Durchführung der ZfP-Verfahren erhöht, was wiederum bedeutet, dass Unregelmäßigkeiten sicherer erkannt werden, ohne dass es durch zu strenge Bewertung zu sogenanntem Pseudoausschuss kommt.
Im Rahmen des Vorhabens werden in enger Zusammenarbeit der Projektpartner mittels ultrakurzer Laserpulse Ersatzfehler in Volumenkörpern erzeugt, die den Anforderungen der ZfP-Verfahren in hohem Maße gerecht werden. Die Innovation besteht dabei in der Untersuchung von Herstellungstechnologie unter Einsatz neuer Laserverfahren (Burst-Modus, Spatial Light Modulatoren) und in der gleichzeitigen Erforschung der Charakteristika der Ersatzfehler bei der Prüfung mittels ZfP-Verfahren.
Projektergebnisse
Im 1. Halbjahr der Projektlaufzeit wurde zunächst eine bestehende Laseranlage für die durchzuführenden experimentellen Untersuchungen konfiguriert. Mit dieser war es anschließend möglich, mit zwei Ultrakurzpulslaser erste Untersuchungen zur Erzeugung definierter Ersatzfehler mit verschiedenen Strukturierungsparametern durchzuführen. Die strukturierten Geometrien konnten dabei mit einer hohen Genauigkeit erzeugt werden. Als einzige Herausforderumg erwies sich der Böschungswinkel der Geometrien. Es war mit dem gegeben Versuchsaufbau nicht möglich, Böschungswinkel größer 70° zu erzeugen.
Weiterhin wurden erste Untersuchungen mit einem Beam-Shaper durchgeführt, mit dem das räumlich Gauß-Profil des Laserstrahls verändert wurde. Mit dem nahezu rechteckigen Strahlprofil wurden erste Strukturierungsversuche durchgeführt, die aber noch keine Verbesserungen in Bezug auf den Böschungswinkel zeigten.
Versuche zur Nachreinigung der erzeugten Strukturen mit dem GHz-Burst-Modus führten bisher zu keiner signifikanten Verbesserung der Strukturqualität.
Böschungswinkel in Abhängigkeit von der Tiefe der Nut bei der Verwendung unterschiedlicher Linienabstände (LD).
Gauß-Profil des Laserstrahls.
Strahlprofil nach der Strahlformung mittels Beam-Shaper.
Die Versuche zur Erzeugung von Nuten mit idealerweise 90° Böschungswinkel wurden im 2. Halbjahr des Projektes fortgesetzt. Dabei zeigte es sich, dass die Pulsdauer und die Fluenz nahezu keinen Einfluss auf den Böschungswinkel haben. Dieser vergrößert sich unabhängig von den gewählten Laserparametern mit zunehmender Nuttiefe bis zu einem Maximalwert von ca. 70°.
Im Bearbeitungszeitraum wurde ein neues Lasersystem in die Bearbeitungsanlage integriert. Dies umfasste die elektrische und sicherheitstechnische Integration in die Anlagentechnik sowie den Aufbau und die Justage des optischen Strahlengangs. Die Kenngrößen des Lasersystems (Pulsdauer, mittlere Leistung, Strahlprofil, Burstparameter) wurden im Anschluss vermessen und konfiguriert.
Böschungswinkel in Abhängigkeit von der Nuttiefe strukturiert mit einer Pulsdauer von 0,2 ps und unterschiedlichen Fluenzen.
Böschungswinkel in Abhängigkeit von der Nuttiefe strukturiert mit einer Pulsdauer von 1,0 ps und unterschiedlichen Fluenzen.
Neues Lasersystem in der Bearbeitungsanlage.
Projektbeteiligte
Das Projekt wird dankenswerter Weise aus Mitteln des Freistaates Sachsen und der Europäischen Union im Rahmen einer ESF Plus - MINT-Fachkräfteprogramm im Freistaat Sachsen (InnoTeam) im Zeitraum vom 01.04.2023 - 31.03.2026 gefördert.