eprintid: 4842
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datestamp: 2004-09-13 09:41:36
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status_changed: 2012-08-14 15:12:56
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Heyl, Peter
title: Mikrostrukturierung von Hartmetallen mit UV-Laserpulsen im Nanosekundenbereich
title_en: Microstructuring of hardmetals with nanosecond uv-laserpulses
ispublished: pub
subjects: ddc-530
divisions: i-130700
adv_faculty: af-13
keywords: Mirkroprägen , Mikroprägewerkzeugelaser-processing , hardmetal , micro-embossing , neodym-YAG-Laser
cterms_swd: Laserbearbeitung
cterms_swd: Hartmetall
cterms_swd: Hartmetallwerkzeug
cterms_swd: Prägen
cterms_swd: Neodym-YAG-Laser
abstract: In dieser Dissertation wurde der strukturierte Abtrag von Hartmetallen mit Laserpulsen im Nanosekundenbereich untersucht. Ziel war es über ein Verständnis des Gesamtprozesses von der optischen Absorption über den Einzelpuls- bis hin zum Volumenabtrag, eine Optimierung lasergefertigter Werkzeuge hinsichtlich Oberflächenqualität und geometrischer Genauigkeit vorzunehmen. Zur Beschreibung des Abtragsprozesses wurde eine Erweiterung der Lösung der dreidimensionalen wärmeleitungsgleichung mit Greensfunktion ausgearbeitet, die die Phasengrenzen fest-flüssig sowie flüssig-gasförmig berücksichtigt. Der Abtrag durch Einzelpulse wurde mit den numerischen Ergebnissen einer einfachen Modellrechnung zum Laserabtrag verglichen, um Rückschlüsse auf das optimale Prozessfenster für die Werkzeugbearbeitung ziehen zu können. Schliesslich wurden erste Prägegeometrien und ein Beispielwerkzeug mit einer neu entwickelten Strukturierungsmaschine hergestellt. Als Laserquelle diente ein frequenzverdreifachter, gütegeschalteter Nd:YAG Festkörperlaser mit Pulsenergien bis zu 700µJ bei einer Wiederholrate von 3kHz. Bearbeitet wurden gesinterte Hartmetalle aus Wolframkarbid in einer Kobaltmatrix, ein für die Herstellung von Präge- und Stanzwerkzeugen üblicher Werkstoff.
abstract_translated_text: The stuctured ablation of hardmetals with nanosecond laserpulses at 355nm has been investigated. On the basis of a general understanding of the complete ablation process - including phenomena like light absorption, phase transition, vapor expansion or plasma formation - laser processing of microtools has been optimized with regard to surface quality and geometrical accuracy. A more complex solution for the threedimensional heat-equation with greensfunction including the phase transitions solid-liquid and liquid-gas was elaborated. In order to describe the optimum process window for the laser ablation of microtools the geometrie of single pulses in metal was compared to the numerical solution of a simple model of laser ablation. Finally, a number of embossing geometries and a prototype microtool were structured with a newly developed laser ablation machine. The laser source was a frequency tripled, Q-switched Nd:YAG laser with a repetition rate of 3kHz and pulse energies up to 700µJ. The material used in the experiments was tungsten carbide sintered in a cobalt matrix, which is a material typical for embossing- and stamping-tools.
abstract_translated_lang: eng
class_scheme: pacs
class_labels: 42.62.Cf
date: 2004
date_type: published
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00004842
ppn_swb: 1643839268
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-48428
date_accepted: 2004-07-21
advisor: HASH(0x55e0f7fa9560)
language: ger
bibsort: HEYLPETERMIKROSTRUK2004
full_text_status: public
citation:   Heyl, Peter  (2004) Mikrostrukturierung von Hartmetallen mit UV-Laserpulsen im Nanosekundenbereich.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/4842/1/Laserbearbeitung_DissertationJuli2004.pdf