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Verfahren und Vorrichtung zum dreidimensionalen Laserabtrag an Turbinenkomponenten

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018492D
Original Publication Date: 2002-Sep-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 2 page(s) / 431K

Publishing Venue

Siemens

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Thomas Beck: AUTHOR [+3]

Abstract

Es wird eine Anordnung beschrieben, mit der sich ein schneller Formabtrag durch Laserbestrahlung in dreidimensionaler Geometrie realisieren lässt. Neben dem spezifischen Aufbau wird auch das Verfahren, welches die gewünschten Formen erzeugt, beschrie- ben. Das Abtragsprinzip basiert auf einem sich sehr schnell über das Werkstück bewegenden Laserstrahl. Der Laser wird gepulst betrieben. Die Pulsdauern sind sehr kurz. Durch gezielte Bewegungsroutinen des Strahls und durch Pulsmodulation gelingt es, während des Abtragprozesses, nahezu keine Energie in den Grundwerkstoff einzubringen. Dadurch kann die bei Metallen sonst übliche wärmebeeinflusste Zone und eine Rissbildung reduziert werden. Dies ermöglicht den Einsatz dieses Verfahrens in Feldern die bisher Erodierverfahren vorbehalten waren. Laser finden mittlerweile in vielen Feldern der Mate- rialbearbeitung ihre Anwendungsbereiche. Die Kurzpulslasertechnik (Pulsdauern unter einer Mikro- sekunde) findet immer mehr Anwendungsfelder. So sind Laserbeschriftungssysteme mit Pulsdauern im 100 ns-Bereich seit vielen Jahren im Einsatz. Dabei wird mit Scannern der kurzgepulste Laserstrahl mit hohen Repetitionsraten über das Werkstück geführt. Dabei kommt es durch die thermischen Beeinflus- sungen zu Farbänderungen der Oberfläche auf den meisten Materialien.

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Industrie

Verfahren und Vorrichtung zumdreidimensionalen Laserabtrag anTurbinenkomponenten

Idee: Thomas Beck, Berlin;

Silke Settegast, Berlin;Nigel-Philip Cox, Berlin

Es wird eine Anordnung beschrieben, mit der sichein schneller Formabtrag durch Laserbestrahlung indreidimensionaler Geometrie realisieren lässt. Nebendem spezifischen Aufbau wird auch das Verfahren,welches die gewünschten Formen erzeugt, beschrie-ben. Das Abtragsprinzip basiert auf einem sich sehrschnell über das Werkstück bewegenden Laserstrahl.Der� Laser� wird� gepulst� betrieben. Die Pulsdauernsind� sehr� kurz.� Durch gezielte Bewegungsroutinendes� Strahls� und� durch� Pulsmodulation� gelingt es,während des Abtragprozesses, nahezu keine Energiein den Grundwerkstoff einzubringen. Dadurch kanndie bei� Metallen� sonst� übliche� wärmebeeinflussteZone� und� eine� Rissbildung reduziert werden. Diesermöglicht den Einsatz dieses Verfahrens in Felderndie bisher Erodierverfahren vorbehalten waren.

Laser finden mittlerweile in vielen Feldern der Mate-rialbearbeitung ihre Anwendungsbereiche. DieKurzpulslasertechnik (Pulsdauern unter einer Mikro-sekunde) findet immer mehr Anwendungsfelder. Sosind� Laserbeschriftungssysteme� mit Pulsdauern im100 ns-Bereich seit vielen Jahren im Einsatz. Dabeiwird mit Scannern der kurzgepulste Laserstrahl mithohen Repetitionsraten über das Werkstück geführt.Dabei� kommt� es� durch� die� thermischen� Beeinflus-sungen zu Farbänderungen der Oberfläche auf denmeisten Materialien.

Die mittlere Leistung dieser Systeme sind z. Zt. aberauf� wenige� Watt� beschränkt.� Zudem� ist� die� Scan-technik in diesen Geräten noch nicht für einen höhe-ren Leistungsbereich ausgelegt.

Zur Zeit erlebt die Kurzpulstechnik mit Lasern unddie� dafür� geeigneten� Strahlführungssysteme� einenkräftigen Aufschwung. Gestützt auf Forschungspro-gramme gelang� es,� leistungsstärkere� Lasersystemebei� zum� Teil� variablen� Pulsdauern zu realisieren.Schnelle Strahlablenkungssysteme die hohe mittlereLeistungen bei gleichzeitig� hoher� Pulsleistung� be-herrschen können sind entwickelt worden.

Ausgehend von diesem Entwicklungsstand wird eineAnordnung geschaffen, welche die Verwendung vonHochleistungskurzpulslaser und Scantechnik zumAbtragen� metallischer� und keramischer Werkstoffezum Erzeugen von Formbohrungen ermöglicht.

Formbohrungen� werden� in� Turbinenschaufeln� zurVerbesserung der Kühlbedingungen benötigt. Form-bohrungen zeichnen sich durch nicht rotationssym-metrische� dreidimensionale� Geometrien aus (siehe

Abb. 1). Bisher� werden� diese� Bohrungen� zumeistüber Erodierverfahren eingebracht. Dies ist ein sehrzeitaufwendiges und umweltbelastendes Verfahren.

Abbildung 1:

Neben der Kombination der Laser mit der Scantech-nik sind geeignete Abtragroutinen und eine Vorrich-tung für die Zufuhr des Prozessgases und zur Absau-gung der Prozessdämpfe erforderlich.

Im Folgenden wird� das� Verfahren� anhand� einesAusführungsbeispiels näher erläutert:

Die prinzipiell not...