1 Übersicht über die Verfahren der Materialbearbeitung mit Laserstrahlen

1.1 Verfahren der Materialbearbeitung mit Laserstrahlen

Laserstrahlen werden in der Produktion zur Herstellung und Bearbeitung von Werkstoffen und Stoffen in einer Vielzahl unterschiedlicher Verfahren verwendet. Die meisten Verfahren nutzen den Laserstrahl als Wärmequelle – sowohl rein thermisch als auch thermochemisch und thermomechanisch – einige auch eine direkte Wirkung von Photonen auf Moleküle oder Atome. Ein Weg, die Bearbeitungsverfahren zu gliedern, ist die Einteilung in

• Randschichtbearbeitung (Härten, Vergüten, Legieren, Beschichten)
• Fügen (Löten, Schweißen)
• Schneiden (Schmelzschneiden, Sublimierschneiden, Brennschneiden)
• Abtragen (Direktes Abtragen, Abtragen über Maskentechnik)

Diese einzelnen Gebiete werden über eine Vielzahl von Modifikationen weiter gegliedert. In Bezug zu den schon länger eingeführten Ingenieurwissenschaften empfiehlt sich die Gliederung wie sie in der Fertigungstechnik verwendet wird.

1.2 Zuordnung zu Verfahren der Fertigungstechnik

Fertigung ist die Herstellung von Bauteilen mit vorgegebenen Werkstoff-eigenschaften und Abmessungen sowie das Fügen solcher Bauteile zu Erzeugnissen.

Die Fertigungsverfahren werden nach DIN 8580 aufgrund des leitenden Merkmals Zusammenhalt eingeteilt, Tabelle 1. Der Begriff Zusammenhalt bezieht sich sowohl auf den Zusammenhalt von Teilchen eines Körpers als auch auf den Zusammenhalt der Teile eines zusammengesetzten Körpers.

Nach den Hauptgruppen Tabelle 1 gegliedert, gibt die folgende Auflistung eine Übersicht über die heute angewendeten Verfahren der Materialbearbeitung mit Laserstrahlen im Detail.

1.3 Übersicht der heute angewendeten Materialbearbeitungsverfahren

• Urformen
  Direktherstellung von Bauteilen (Rapid Prototyping)
• Laser-Stereolithographie
• Laserstrahl-Sintern
• Selektives Schmelzen mit Laserstrahlen
• Laserstrahl-Freiformschweißen
• Schichtbauweise (LOM)
• Umformen
• Thermisches Umformen mit Laserstrahlen
• Thermisches Richten mit Laserstrahlen
• Mechanisches Umformen mit Laserstrahlen (Ablationsdruck)
• Trennen
• Laserstrahl-Schneiden
• Laserstrahl-Schmelzschneiden
• Laserstrahl-Sublimierschneiden
• Laserstrahl-Brennschneiden
• Laserstrahl-Spalten
• Trennen durch Thermoschock
• Laserstrahl-Abtragen
• Abtragen mit fokussiertem Strahl
• Laserstrahl-Formabtragen
• Laserstrahl-Tiefabtragen
• Laserstrahl-Pendelabtragen
• Abtragen über die Maskentechnik
• Laserstrahl-Formabtragen
• Laserstrahl-Markieren
• Laserstrahl-Bohren
• Kanalbohren
• Kernbohren
• Fügen
• Laserstrahl-Löten
• Laserstrahl-Weichlöten
• Laserstrahl-Hartlöten
• Laserstrahl-Hochtemperaturlöten
• Laserstrahl-Schweißen
• Laserstrahl-Pressschweißen
• Laserstrahl-Durchstrahlungsschweißen
• Laserstrahl-Wärmeleitungsschweißen
  ohne und mit Zusatz
• Laserstrahl-Dampfschweißen
  ohne und mit Zusatz
• Beschichten
  Beschichten und Randschichtlegieren
• einstufige Verfahren
• Auftragsschweißen, Zusatz in Pulver-, Draht- oder Bandform
• Spritzen, Zusatz in Pulverform
• Gaslegieren
• zweistufige Verfahren
• Pulverbeschichten
• Stoffeigneschaftändern
• Laserstrahl-Verglasen
• Laserstrahl-Umschmelzen
• Laserstrahl-Härten
• Laserstrahl-Anlassen
• Laserstrahl-Markieren
• Ändern des Brechungsindex
• Einbringen von Leiterbahnen
• Ferrit-Austenit-Umwandlung
• Kaltverfestigung von Randschichten (Ablationsdruck)

1.4 Bemerkungen

Die umfangreiche Auflistung der in der Materialbearbeitung mit Laserstrahlen angewendeten Verfahren soll auch hier den an alternativen Technologien interessierten Entwicklern oder Fertigern Begriffe anbieten, zu denen in den einzelnen Kapiteln die Besonderheiten beschrieben werden. Dadurch wird eine Analyse bezüglich der Anwendbarkeit erleichtert. So stehen sich beispielsweise "Urformen" und "Trennen" als Alternativen gegenüber, wenn bestimmte stukturierte Bauteile gefertigt werden sollen. Die Frage kann sein: "Stelle ich das Bauteil im Verfahren Urformen durch Laserstrahl-Sintern her oder ist das Trennverfahren Laserstrahl-Abtragen günstiger?"

In der Hautgruppe Trennen beispielsweise treten die Begriffe Laserstrahl-Sublimierschneiden und Laserstrahl-Brennschneiden auf. Damit stellt sich die Frage: "Welche Besonderheiten der Verfahren lassen sich für die anstehende Aufgabe günstig nutzen?"

Als Entscheidungshilfe sind in den dazugehörenen Kapiteln die physikalischen Grundlagen einerseits und andererseits die Verfahren selbst beschrieben.