WIR! - GRAVOmer-HLH-Funk "Hochskalierung umweltfreundlicher Lasertechnologien zur Herstellung funktionaler Oberflächen"; Teil Projekt 2: Untersuchungen zum neuartigen 4-f Aufbau

Abstract

Im Rahmen des FuE-Vorhabens wurde ein neuartiger Ansatz zur Verbesserung der Strahlführung in hochdynamischen Laserbearbeitungssystemen untersucht. Ausgangspunkt war die Herausforderung, die Leistungsfähigkeit von Polygon-Scannern insbesondere bei der Verwendung preiswerter Optiken mit kleinem Öffnungsdurchmesser deutlich zu steigern, ohne dabei Einbußen hinsichtlich der Bearbeitungsgeschwindigkeit hinnehmen zu müssen. Wenn ein zu großer Teil des Strahls abgeschattet wird, wie in Abb.1 dargestellt, hat dies signifikante Auswirkungen auf den Prozess und schädigt gegebenenfalls auch die Optik. Eine 4-f Optik kann den Drehpunkt des Polygons transformieren. Hierzu wurde am LHM ein innovativer 4-f-Ansatz erforscht, dabei werden zwischen dem Polygon und dem Galvanometerscanner, für die zweite Ablenkungsrichtung, Linsen installiert. Dadurch kann ein abgebildeter Pivotpunkt des Polygons (Poly‘) erzeugt werden (Abb.2), der abhängig vom optischen Konzept gezielt beispielsweise in oder nahe an den Drehpunkt des Galvanometerspiegels oder in die Eintrittsebene des Objektivs transformiert werden kann. Gemeinsam mit dem Projektpartner MOEWE sollten hierfür die relevanten Zielparameter wie geeignete Strahldurchmesser sowie die optimale Positionierung des transformierten Pivotpunktes definiert werden. Da dieser Aufbau in der vorliegenden Form bislang nicht untersucht worden war, bestand ein erheblicher Forschungsbedarf hinsichtlich des nutzbaren Parameterfeldes, insbesondere bezüglich Strahldurchmesser, Drehwinkel und Positionierung des Galvoscanners. Ziel der Untersuchungen war die technologische Umsetzung und Charakterisierung des neuen Strahlführungskonzeptes zur Generierung eines virtuellen Drehpunktes in der Drehebene des Galvoscanners beziehungsweise nahe der Scanoptik, zur Steigerung des Nutzungsgrades bei kleinen Optiköffnungen sowie zur deutlichen Reduzierung optischer Verzeichnungen bei gleichzeitig unverändert hoher Scangeschwindigkeit.