Verbesserte Schneidkanten mit Pikosekunden-Lasern
10.06.2004

Abb. 1: Geschliffene (unverrundete) Schneidkante (links) und 2 mit dem Pikosekundenlaser bearbeitete Kanten mit unterschiedlichen Verrundungsradien (mitte und rechts).

Das LZH arbeitet an einer neuen lasergestützten Technologie, um die Geometrie der Schneidkanten von Zerspanwerkzeugen zu verbessern. Durch einen selektiven Materialabtrag mit einem Pikosekunden-Laser können gut definierte Schneidkanten mit gleichzeitig hoher Oberflächenqualität hergestellt werden.

Die spanende Bearbeitung von Stahl- oder Eisenwerkstoffen wird heutzutage unter anderem mit Wendeschneidplatten aus Hartmetall durchgeführt. Dabei hängen die Lebensdauer der Schneidwerkzeuge und die Qualität der bearbeiteten Werkstücke überwiegend von der Geometrie und Oberfläche der Schneidkante ab. Mit konven­tionellen Prozessen (beispielsweise Bürsten oder Feinsand-/ Wasserstrahl­techniken) ist die Vorbereitung der Schneidkante momentan nicht mit hoher Qualität reproduzierbar.

Um Schneidkanten präzise, mit gleichbleibend hoher Qualität herzustellen, setzt das LZH einen Pikosekundenlaser ("Staccato" von Lumera Laser GmbH) ein (1 Pikosekunde [ps] = 10-12 sek). Durch die extrem kurze Pulsdauer mit dennoch hohen Pulsenergien kann Material effektiv verdampft und abgetragen werden. Selbst für ein gut wärmeleitendes Material wie Hartmetall ist aufgrund der kurzen Pulsdauer (12 ps) die Erwärmung des um den Bearbeitungsbereich liegenden Materials vernachlässigbar gering. Dadurch ist ein Materialabtrag ohne störende Anschmelzungen (Grat, Aufwürfe) und ohne eine thermische Umwandlung des Materialgefüges möglich. Somit wird die notwendige Härte und Festigkeit der Schneidkante beibehalten.

Die komplexen Geometrien von Schneidwerkzeugen werden mit einem hochpräzisen, sechsachsigen Positioniersystem vermessen und bearbeitet. Die Positioniergenauigkeit liegt im Bereich ±2,5 µm - eine Grundvoraussetzung für die Mikrobearbeitung. Mit einem integrierten Bildverarbeitungssystem werden die Schneidkanten detektiert, die Relativ­bewegung zwischen Laserstrahl und Schneidkante berechnet und eine Online-Prozess­kontrolle durchgeführt.

Weiterführende Forschungsarbeiten werden sich mit der Herstellung von asym­met­rischen Kantengeometrien auch an komplexen Schneidwerkzeugen beschäftigen. Das Projekt GEOSPAN wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt.

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Business Development & Communications Abteilung
Michael Botts
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Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des Niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.