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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit ersten systematischen Untersuchungen zum Hochgeschwindigkeits-μSLM von Edelstahl. Die ultraschnelle Strahlablenkung wird mithilfe eines Polygonspiegelscanners realisiert. Auf Grundlage einer umfangreichen Literaturrecherche werden die physikalischen Vorgänge während der Bestrahlung eines Pulverbetts mit fokussierter Laserstrahlung erläutert. Das so gewonnene Wissen wird zur Entwicklung eines numerischen Modells für die Prozesssimulation genutzt. In experimentellen Untersuchungen wird der Einfluss der Scangeschwindigkeit, der Schichtdicke und des Linienabstandes auf die erzeugbaren Strukturen ermittelt. Die starke Verdampfung von Material während der Bestrahlung und die daraus folgenden Effekte werden ausführlich diskutiert und abschließend ein Überblick zur weiteren Optimierung des Verfahrens gegeben.
Increasing speed in laser processing is driven by the development of high-power lasers into ranges of more than 1 kW. Additionally, a proper distribution of these laser power is required to achieve high quality processing results. In the case of high pulse repletion rates, a proper distribution of the pulses can be obtained from ultrafast beam deflection in the range of several 100 m/s. A two-dimensional polygon mirror scanner has been used to distribute a nanosecond pulsed laser with up to 1 kW average power at a wavelength of 1064 nm for multi pass laser engraving. The pulse duration of this laser can be varied between 30 ns and 240 ns and the pulse repetition rate is set between 1 and 4 MHz. The depth information is included in greyscale bitmaps, which were used to modulate the laser during the scanning accordingly to the lateral position and the depth. The process allows high processing rates and thus high throughput.
Untersuchungen zu den Belastungsgrenzen des Polygonscansystems
durch die genutzte Laserstrahlung
(2023)
Um die immer weiterwachsenden Laserleistungen der Lasergeräte auf dem Markt effektiv auf der Werkstoffoberfläche umsetzen zu können, werden extrem schnelle Laserstrahlablenksysteme benötigt. Zu diesem Zweck
wurde in der Vergangenheit an der Hochschule Mittweida ein komplett neuartiges Polygonscannersystem entwickelt. Durch den steigenden Bedarf von immer kürzeren Laserpulsen und höheren Spitzenintensitäten der Industrie sollte das System hinsichtlich der Zerstörschwelle charakterisiert werden, um die Grenzen der optischen Schichten und somit des Scannersystems auszuloten. In der folgenden Arbeit wurde jedes optische Bauteil hinsichtlich der optischen Belastungsgrenze untersucht und charakterisiert. Augenmerk hierbei lag vornehmlich auf der Verwendung ultrakurzer Laserpulse aber auch thermale Belastungstests mittels kontinuierlichen Hochleistungslasern wurden durchgeführt.
Der Einsatz von Polygonspiegelscannern zur ultraschnellen Strahlablenkung im Mikro-SLM besitzt das Potential, die Effizienz dieses Fertigungsverfahrens um ein Vielfaches zu steigern. Durch die hohen Scangeschwindigkeiten von bis zu 100 m/s kann die Bestrahlungszeit deutlich reduziert werden, ohne dabei die hohe Auflösung des Verfahrens zu beeinträchtigen. In ersten Untersuchungen zeigte sich, dass aufgrund der kurzen Wechselwirkungszeiten im Bereich einiger 100 ns und der Verwendung von hohen mittleren Laserleistungen die Verdampfung von Pulvermaterial den für die Schichtbildung maßgeblichen Prozess darstellt. Die so entstehenden Schmelzspuren weisen eine inhomogene Oberflächenstruktur sowie eine hohe Porosität auf. Durch die Anpassung der Prozessparameter konnten dennoch Strukturbreiten kleiner 100 μm und relative Dichten größer 94 % erzeugt werden.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung einer neuen Forschungsanlage für das Lasermikrosintern. Neben der Bestimmung räumlicher und zeitlicher Strahlparameter erfolgt eine Beurteilung der Dynamik des fortschrittlichen Galvanometerscanners. Die Erkenntnisse der Charakterisierung bilden die Grundlage für anschließende Untersuchungen zur Parameteroptimierung für die Erzeugung von Bauteilen mit hoher Dichte.
Laser engraving requires a precise ablation per pulse through all layers of a depth map. To transform this process towards areas of a square meter and more within an acceptable time, needs high-power ultra-short pulsed lasers for the precision and a high scan speed for the beam distribution. Scan speeds in the range of several 100 m/s can be achieved with a polygon scanner. In this work, a polygon scanner has been utilized within a roll-engraving machine to treat an 800 x 220 mm² (L x Dia) roll with 0.55 m² in a laser engraving process. The machine setup, the processing strategy and the data handling has been investigated and result in an efficient large area process. Pre-tests were performed with a multi-MHz-frequency nanosecond-pulsed laser, to investigate the processing strategy. A method to overcome the duty cycle of the polygon scanner was found in the synchronization of two polygons, enabling the use on a single laser source in a time-sharing concept. The throughput and the utilization of the laser source can be increased by the factor of two
Entwicklung eines CO2-Laser Bearbeitungsprozesses für die Herstellung optischer Faserendflächen
(2023)
In der Medizintechnik, insbesondere in der minimal invasiven Chirurgie, wird der Laser häufiger als ein ideales Werkzeug genutzt, um operative Eingriffe mit kleinstmöglichem Trauma sehr effizient durchzuführen. Dabei muss die Strahlung des Lasers in der minimal invasiven Laserchirurgie in eine medizinische Lasersonde eingekoppelt und zumeist mithilfe eines Katheters zum Ort der Behandlung geführt werden. Mit der Entwicklung von Laserquellen hin zu höheren Ausgangsleistungen, besserer Laserstrahlqualität und stärkerer Fokussierbarkeit ist auch die Entwicklung neuer Lichtwellenleiter notwendig. Im Rahmen eines geförderten ZIM-Projektes wurden neuartige Verfahrensprinzipien zur Herstellung von proximalen Endflächen durch Laserpolieren und die Realisierung unterschiedlicher End-Cap-Formen zur Laserstrahlformung am distalen Faserende entwickelt. Positive Begleiterscheinungen der neuentwickelten Lasertechnologien sind u.a. die Verbesserung der Oberflächenrauheit, der Abbau mechanischer Spannungen an den Endflächen und eine hohe Reproduzierbarkeit.
In der vorliegenden Bachelorarbeit wird d er Rückführungsprozess von Pflegekindern in ihre Herkunftsfamilie thematisiert. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit bezieht sich auf die Arbeitsweise der Sozialen Dienste in Deutschland, mit dem Fokus, die Diskrepanz zwischen gesetzlicher Grundlage und Umsetzung in der Jugendhilfepraxis aufzuzeigen. Zum Thema Herkunftselternarbeit wird ein alternatives Konzept des Trägers Pfiff zur konventionellen Elternarbeit der Sozialen Dienste vorgestellt. Zur Erweiterung des Blickwinkels wird die Rückführungsoption aus verschiedenen Perspektiven betrachtet und Faktoren zur Einschätzung der Erfolgsaussicht von Rückführungen erläutert. Negative Auswirkungen struktureller und fachlicher Gegebenheiten werden am Ende dieser Arbeit untersucht.
In der Arbeit hat man die Funktionalität eines firmeneigenen Versuchsstandes für das Selective Laser Melting getestet. Dabei wurden mehrere Bauteile gefertigt und diese hinsichtlich ihrer äußerlichen Beschaffenheit beurteilt. Es erfolgten mehrere Anpassungen bezüglich der Anlagenkomponenten und der gewählten Prozessparameter. Die Arbeit verdeutlicht die Vielfalt der Einflussfaktoren auf die Bauteilqualität und den Prozessablauf.
Nach Angaben der Vereinten Nationen haben mehr als 2 Milliarden Menschen keinen direkten Zugang zu sicherem Trinkwasser [1]. Da konventionelle Kläranlagen und bestehende dezentrale Systeme derzeit nicht in der Lage sind, die zunehmende Menge an Spurenstoffen anthropogenen Ursprungs wie Arzneimittelrückstände sicher und zuverlässig zu entfernen oder zurückzuhalten, droht die Anzahl weiter zu steigen. Photokatalytisch aktive Keramikfilter könnten diese Lücke schließen und damit die Wasserqualität verbessern. Das selektive Lasersintern bietet hierbei die Möglichkeit, Filterelemente aus photokatalytisch aktiver Vollkeramik herzustellen, die eine lange Lebensdauer und eine große aktive Oberfläche gewährleisten. Da die photokatalytisch aktive Phase der Keramik bei zu hohen Temperaturen schnell zerstört wird, werden die Keramikpartikel in eine Duroplast-Matrix eingehüllt, die mit niedrigen Laserleistungen aufgeschmolzen werden kann. Die damit hergestellten Grünkörper können nachträglich bei definierten Temperaturen ausgehärtet, entbindert und gesintert werden und sollen damit ihre photokatalytische Aktivität behalten