Mikrobohren
Mikrobohren
Präzision und Gestaltungsfreiheit dank Laserstrahlung
Bohren mit dem Ultrakurzpuls-Laser
Der Ultrakurzpuls-Laser als hochpräzises und flexibles Werkzeug erlaubt das Bohren von kleinsten Löchern in beliebigen Materialien mit großer Freiheit in der Geometrie des Lochs. Der Kreativität bei der Gestaltung der Lochform sind dank des Ultrakurzpuls-Lasers so gut wie keine Grenzen gesetzt. Völlig neue Applikationen werden auf diese Weise ermöglicht.
Die Vorteile des Bohrens mit dem UKP-Laser sind:
Kleinste Lochdurchmesser bis 20 µm
möglich dank der guten Fokussierbarkeit des Laserstrahls.
Aspektverhältnis (Tiefe / Durchmesser) von bis zu 20 realisierbar.
Minimale Wärmeeinflusszone. Das Material wird dank der hohen Strahlintensität von UKP-Lasern direkt verdampft, der Wärmeeintrag bleibt minimal.
Scharfkantiger Bohrungsrand ohne Grat oder Aufwürfe.
Freiheit in der Geometrie des Lochs in Bohrungsrichtung (longitudinal). Es können zylindrische, konische oder negativ konische Lochgeometrien realisiert werden. In gewissem Umfang sind auch Kombinationen dieser Lochgeometrien möglich.
Vollständige Freiheit in der Form des Lochs senkrecht zur Bohrungsrichtung (transversal). Mittels einer Überlagerung von Strahl- und Werkstückbewegung sind beliebige Lochformen realisierbar. Es können kreisrunde, elliptische sowie beliebige Freiformen erzeugt werden.
Aspektverhältnis (Tiefe / Durchmesser) von bis zu 20 realisierbar.
Minimale Wärmeeinflusszone. Das Material wird dank der hohen Strahlintensität von UKP-Lasern direkt verdampft, der Wärmeeintrag bleibt minimal.
Scharfkantiger Bohrungsrand ohne Grat oder Aufwürfe.
Freiheit in der Geometrie des Lochs in Bohrungsrichtung (longitudinal). Es können zylindrische, konische oder negativ konische Lochgeometrien realisiert werden. In gewissem Umfang sind auch Kombinationen dieser Lochgeometrien möglich.
Vollständige Freiheit in der Form des Lochs senkrecht zur Bohrungsrichtung (transversal). Mittels einer Überlagerung von Strahl- und Werkstückbewegung sind beliebige Lochformen realisierbar. Es können kreisrunde, elliptische sowie beliebige Freiformen erzeugt werden.
Mikrobohren ─ bearbeitbare Materialien
Mit dem UKP-Laser können verschiedenste Materialien gebohrt werden wie Metalle
(Stahl, Aluminium, Messing, Kupfer, Edelmetalle, …), Keramiken, Gläser
oder Verbundwerkstoffe
wie zum Beispiel Carbonfaser verstärkte Kunststoffe (CFK).
Die bearbeitbare Materialdicke ist dabei materialabhängig maximal bis zu 2 mm.
Die Technologie des Mikrobohrens
Das Bohren von Mikrolöchern war eine der ersten industriell umgesetzten Applikationen mit dem Ultrakurzpuls-Laser. So wurden 2013 die wissenschaftlichen Vorarbeiten für das Bohren von Dieseleinspritzdüsen mittels Ultrakurzpuls-Laser mit dem Deutschen Zukunftspreis
gewürdigt. Die Technologie hat sich seitdem stetig weiterentwickelt, wodurch neue Anwendungsfelder erschlossen werden konnten. Eine der Besonderheiten des Mikrobohrens mittels Laserstrahlung ist die große Freiheit in der Ausgestaltung der Lochgeometrie. Hierfür wird eine spezielle Bohroptik
benötigt, welche bei LightPulse
LASER PRECISION verfügbar ist. Diese bietet die Möglichkeit, den Laserstrahl auf einer Kreisbahn zu bewegen sowie den Anstellwinkel des Laserstrahls zu verstellen.
Im Folgenden Bild ist veranschaulicht, wie der Laserstrahl mittels einer Bohroptik im Vergleich zu einer herkömmlichen Perkussionsbohrung beeinflusst werden kann. Bei einer Perkussionsbohrung steht der Laserstrahl still an einem Ort und durchbohrt das Material. Hier werden typischerweise die kleinsten Bohrdurchmesser erreicht, allerdings hat man nur wenige Möglichkeiten die Lochgeometrie zu beeinflussen. Wird eine Bohroptik verwendet, spricht man meist vom Wendelbohren. Mit der Bohroptik kann man den Laserstrahl auf einer Kreisbahn bewegen. Über den Durchmesser der Kreisbahn kann der Durchmesser der gewünschten Bohrung eingestellt werden. Der Anstellwinkel des Laserstrahls beeinflusst die Konizität der Bohrung. So können über die Verstellung des Anstellwinkels konische, zylindrische oder negativ konische Bohrungen erzeugt werden. Auch Mischformen sind möglich. Mit der Verwendung eines hochpräzisen Achssystems zur Relativbewegung des zu bearbeitenden Werkstück, sind der Gestaltung der Lochgeometrie nun fast keine Grenzen mehr gesetzt.
Im Folgenden Bild ist veranschaulicht, wie der Laserstrahl mittels einer Bohroptik im Vergleich zu einer herkömmlichen Perkussionsbohrung beeinflusst werden kann. Bei einer Perkussionsbohrung steht der Laserstrahl still an einem Ort und durchbohrt das Material. Hier werden typischerweise die kleinsten Bohrdurchmesser erreicht, allerdings hat man nur wenige Möglichkeiten die Lochgeometrie zu beeinflussen. Wird eine Bohroptik verwendet, spricht man meist vom Wendelbohren. Mit der Bohroptik kann man den Laserstrahl auf einer Kreisbahn bewegen. Über den Durchmesser der Kreisbahn kann der Durchmesser der gewünschten Bohrung eingestellt werden. Der Anstellwinkel des Laserstrahls beeinflusst die Konizität der Bohrung. So können über die Verstellung des Anstellwinkels konische, zylindrische oder negativ konische Bohrungen erzeugt werden. Auch Mischformen sind möglich. Mit der Verwendung eines hochpräzisen Achssystems zur Relativbewegung des zu bearbeitenden Werkstück, sind der Gestaltung der Lochgeometrie nun fast keine Grenzen mehr gesetzt.
Einige Beispiele von Mikrolöchern, welche mit dem Ultrakurzpuls-Laser gebohrt wurden, sind in der unteren Bildergalerie dargestellt.
Beispiele Mikrobohren (Detailansicht)
© LightPulse
LASER PRECISION 2023