Präzisions-Wendelbohren mit Laserstrahlung

Das Laserstrahlbohren ist auch rund vierzig Jahre nach seiner Einführung als erstes industriell genutztes Laserbearbeitungsverfahren nach wie vor Gegenstand intensiver Forschungsarbeit. Schwerpunkt ist dabei einerseits die Steigerung der Präzision bezüglich Rundheit, Schmelzablagerungen an Bohrungseintritt und -austritt sowie die Verbesserung der Rauigkeit der Bohrungswandung. Andererseits wird auch eine Steigerung der Effizienz, insbesondere durch Verringerung der Bohrdauer angestrebt. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Präzision ist die Anwendung des so genannten Wendelbohrens, bei dem die Laserstrahlung während des Bohrprozesses rotiert. Bisher am Markt erhältliche Wendelbohrsysteme beruhen auf einer Rotation der Laserstrahlung gegenüber dem Werkstück, wobei die Orientierung des Strahlprofils relativ zum Werkstück konstant bleibt. Durch diese Beibehaltung der Orientierung ist stets die Einstellung eines minimalen Wendeldurchmessers erforderlich, der sich auf den Durchmesser der herzustellenden Bohrung addiert. Auch wird für die Herstellung runder Bohrungen ein möglichst rundes Strahlprofil benötigt, da die Fokusgeometrie, wenn auch nur in abgeschwächter Form, im Bohrungsquerschnitt abgebildet wird. Die Veröffentlichung Präzisions-Wendelbohren mit Laserstrahlung beschreibt die Entwicklung einer Wendelbohroptik, bei der das Strahlprofil synchron zur Rotationsbewegung gegenüber dem Werkstück mitgedreht wird (Eigenrotation). Die Bohrungsgeometrie wird dadurch unabhängig von der Fokusgeometrie. Im Falle eines gegen null gehenden Wendeldurchmessers rotiert die Laserstrahlung immer noch in sich selbst, wodurch auch kleine Bohrungen in der Größenordnung des Einstrahlquerschnitts hergestellt werden können. Grundprinzip dieser neuartigen Wendelbohroptik ist ein Bildrotator (Dove- Prisma), welcher außer der Eigenrotation auch die Eigenschaft der Verdopplung der Rotationsgeschwindigkeit der Laserstrahlung gegenüber derjenigen des Bildrotators bietet. Hierdurch lassen sich hohe Rotationsfrequenzen erreichen, was sich positiv auf die Effizienz des Verfahrens auswirkt. Im ersten Teil der Veröffentlichung wird der Weg von der Qualifizierung von Bildrotatoren für die Laserstrahldrehung bis zur Entwicklung einer industrietauglichen, automatisierten Wendelbohroptik beschrieben. Im zweiten Teil werden die verfahrensbedingten Präzisionssteigerungen durch das Wendelbohren anhand des Vergleichs mit der konventionellen Perkussionsbohrtechnik gezeigt und ein Schema des Wendelbohrens mit Eigenrotation vorgestellt.