Erhöhung der Flächenrate beim Laserpolieren von Metallen (polieren10X)

Problemstellung
Komplex geformte Formwerkzeuge, beispielsweise zur Herstellung von Linsen, werden bislang per Hand poliert. Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten zum robotergeführten Schleifen und Polieren von Formwerkzeugen ist es bisher nicht möglich, diesen Arbeitsschritt zu automatisieren. Zum einen werden dazu große Schleif- und Polierbänder eingesetzt, die auf-grund der Zugänglichkeit nur für einfache Geometrien einsetzbar sind. Zum anderen ist bei komplizierten Geometrien auch ein Roboter nicht schneller als ein manueller Polierer. Bei häufig wechselnden Geometrien kommt der immense Programmieraufwand erschwerend hinzu und verhindert einen wirtschaftlichen Betrieb. Im Maschinen- und Anlagenbau besteht daher ein großer Bedarf an automatisierten Polierverfahren für komplex geformte 3D-Oberflächen. Laserpolieren ist ein alternatives automatisiertes Polierverfahren mit erheblichem Entwicklungspotenzial. Laserstrahlpolieren beruht auf dem Umschmelzen einer dünnen Randschicht und Glättung der Oberfläche infolge der Grenzflächenspannung.

Projektziel und Ergebnis
Als wirtschaftliches Ziel wurde eine Erhöhung der Flächenrate beim Laserpolieren gefräster Stahloberflächen ohne Qualitätseinbußen um den Faktor 10 angestrebt und in der Verwendung neuartiger linienähnlicher Laserstrahlintensitätsverteilungen den Lösungsansatz gesehen. Dazu wurde der Zusammenhang und der Einfluss zwischen Intensitätsverteilung, Geometrie des erzeugten Schmelzbades und erzeugter Oberfläche sowie der Oberflächenbeschaffenheit, wie z. B. Rauheitswerte, untersucht. Die Auslegung und Aufbau des optischen Systems erfolgte nach Bewertung der experimentell ermittelten Intensitätsverteilung. Das Demonstrationssystem wurde verschiedenen Test unterzogen, sowohl unter Labormaßstab als auch anhand von ausgewählten Geometrien von Bauteilen der beteiligten assoziierten Unternehmen.

Das Projektziel, ein automatisiertes und wirtschaftliches Polierverfahren für komplex geformte 3D-Oberflächen zu entwickeln, wurde erreicht. Je nach zu polierenden Endprodukten kann bis zu 50 v. H. der notwendigen Energie eingespart werden. Das geförderte KMU-innovativ Projekt wurde von einer Maschinenfabrik als assoziierter Anwender begleitet. Nach Beendigung des Forschungsprojektes erfolgen die erforderlichen Anpassarbeiten für die Integration des Polierverfahrens in die Maschinentechnik Eine schnelle Umsetzung der Ergebnisse nach Projektende und in die industrielle Praxis wird angestrebt.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH