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1. September 2015

Wärmeakkumulationseffekte definieren das Prozessfenster zur CFK-Bearbeitung

Bei der gepulsten Laserbearbeitung von CFK mit hohen Spitzenintensitäten sind Wärmeakkumulationseffekte der wesentliche Entstehungsmechanismus einer thermischen Schädigung des Materials. Die Entstehung der thermischen Schädigung wurde für verschiedene Pulsrepetitionsraten (zwischen 10 und 800 kHz) und Vorschubgeschwindigkeiten (0,002 m/s bis 10 m/s) untersucht. Dabei konnten drei unterschiedliche Parameterregime identifiziert werden und verschiedenen Akkumulationseffekten zugeordnet werden: 1) keine Wärmeakkumulation mit vernachlässigbarer Schädigung, 2) ein Bereich moderater Matrixschädigung (bis einige 100 µm) verursacht von einer Wärmeakkumulation zwischen aufeinander nachfolgenden Laserpulsen und 3) ein Bereich großer Matrixschädigung (bis einige Millimeter) verursacht von einer Wärmeakkumulation zwischen aufeinander nachfolgenden Überfahrten. Die Grenzen zwischen diesen Bereichen als Funktion der Pulsrepetitionsrate und der Vorschubgeschwindigkeit werden in einem Diagramm dargestellt, welches das Parameterfenster zur Realisierung einer schädigungsfreien Bearbeitung illustriert. 

Weitere Details sind in T. V. Kononenko, C. Freitag, M. S. Komlenok, V. Onuseit, R. Weber, T. Graf und V. I. Konov, „Heat accumulation effects in short-pulse multi-pass cutting of carbon fiber reinforced plastics”, Journal of Applied Physics 118 (10), 103105 (2015) veröffentlicht. DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4930059

Ansprechpartner: Christian Freitag und Dr. Rudolf Weber

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