Bohren

 

Das Verfahren

Trepanierbohren mit gepulster Nd:YAG-Laserstrahlung Fraunhofer ILT Trepanierbohren mit gepulster Nd:YAG-Laserstrahlung

Bohrungen im mm- bis μm-Bereich werden mit Einzelpulsbohren, Perkussionsbohren, Trepanieren und Wendelbohren in unterschiedliche Werkstoffe eingebracht. In Abhängigkeit von der geforderten Qualität (Präzision) und Produktivität (Bohrdauer) wird eine der genannten Bohrtechniken eingesetzt. Das Laserstrahlbohren bietet eine Alternative zu Verfahren wie Elektronenstrahlbohren, Funkenerodieren, elektrochemischem Bohren sowie Ultraschall-Bohren. Das Werkzeug Laserstrahlung wird bevorzugt eingesetzt, um kleine Bohrungen mit Durchmessern < 100 μm unter einem definierten Neigungswinkel herzustellen (z. B. für aerodynamische Strömungen), wenn harte Materialen bearbeitet werden sollen (z. B. hochfeste Stähle, Keramiken) oder eine große Produktivität erforderlich ist.
Beim Laserstrahlbohren werden hohe Anforderungen an die Reproduzierbarkeit, die Bohrgeschwindigkeit und das erzielbare Aspektverhältnis (Verhältnis von Bohrlochtiefe zu Durchmesser) gestellt. Herausforderungen sind die Minimierung von wiedererstarrter Schmelze (Recast) und Bartbildung sowie eine Reduktion der Anzahl und Länge von Mikrorissen.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird das Bohren mit verschiedenen Prozessdiagnoseverfahren überwacht, die erzeugten Bohrungen beurteilt (Metallographie, Mikroskopie, Hochgeschwindigkeitsfotografie) und mit den Ergebnissen theoretischer Modelle und Simulationen verglichen.

 

Anwendungen

Industrielle Einsatzgebiete für das Bohren von metallischen Werkstoffen sind die Automobil-, Kraftwerks- und Luftfahrttechnik mit Kraftstofffiltern, Einspritzdüsen, Mehrschichtsystemen und Turbinenkomponenten. Die Miniaturisierung der Baugruppenfertigung in der Elektrotechnik erfordert Mikrobohrungen (Mikrovias), beispielsweise in Leiterplatten. In der Medizintechnik wird die Laserstrahlung zur Fertigung chirurgischer Werkzeuge, z. B. Chirurgie-Nadeln zur Fadenaufnahme, und für operative Maßnahmen wie das Bohren und Abtragen von Gehörknöchelchen eingesetzt.