Oberflächenstrukturbildung beim Laserstrahlpolieren von Stahlwerkstoffen

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Polieren stellt in vielen Bereichen der industriellen Fertigung den Endbearbeitungsschritt dar, insbesondere in Branchen wie Werkzeug- und Formenbau, Maschinenbau, Automobilindustrie, Medizintechnik sowie der Pharma-, Food- und Biotechnologie. Oft erfolgt das Polieren manuell, was zeit- und kostenintensiv ist. Am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik wurde in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik das Laserstrahlpolieren entwickelt, ein automatisiertes Verfahren für 3D-Geometrien. Diese Arbeit beschreibt die verfahrenstechnischen und werkstoffkundlichen Grundlagen des Laserstrahlpolierens von Stahlwerkstoffen mit kontinuierlicher Laserstrahlung. Das Verfahren beruht auf dem mehrfachen Umschmelzen einer dünnen Randschicht, wobei die Glättung der Oberfläche in der schmelzflüssigen Phase durch die Oberflächenspannung erfolgt. Eigene Modellrechnungen analysieren die Entstehungsmechanismen der Oberflächenstrukturen und leiten Einfluss-Wirk-Zusammenhänge zwischen diesen Mechanismen, Werkstoffeigenschaften und Bearbeitungsparametern ab. Die Variation der Bearbeitungsparameter wird systematisch untersucht, um Maßnahmen zur Reduzierung oder Vermeidung unerwünschter Oberflächenstrukturen abzuleiten. Die Erkenntnisse werden in einer Gesamtstrategie zur Anpassung der Prozessführung für verschiedene Stahlgüten zusammengefasst.