Oberflächenstrukturbildung beim Laserstrahlpolieren von Stahlwerkstoffen

In vielen Bereichen der industriellen Fertigung stellt das Polieren den Endbearbeitungsschritt dar. Die wohl wichtigsten Branchen für das Polieren sind der Werkzeug- und Formenbau, der allgemeine Maschinenbau, die Automobilindustrie, die Medizintechnik, die Pharma-, Food- und Biotechnologie, sowie die Haushaltswarenindustrie. In vielen Fällen, insbesondere bei kompliziert geformten Bauteilgeometrien, erfolgt das Polieren weitgehend manuell, was einen hohen Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik wurde das Laserstrahlpolieren, ein industrietaugliches, automatisiertes Polierverfahren für 3D-Geometrien, entwickelt. In der vorliegenden Arbeit werden verfahrenstechnische und werkstoffkundliche Grundlagen des Laserstrahlpolierens von Stahlwerkstoffen mit kontinuierlicher Laserstrahlung beschrieben. Das untersuchte Verfahrensprinzip beruht auf dem mehrfachen Umschmelzen einer dünnen Randschicht. Die Glättung der Oberfläche erfolgt in der schmelzflüssigen Phase infolge der Oberflächenspannung. Mit eigenen Modellrechnungen werden die Entstehungsmechanismen für die einzelnen Oberflächenstrukturen analysiert und Einfluss-Wirk- Zusammenhänge zwischen diesen Mechanismen, verschiedenen Werkstoffeigenschaften und den Bearbeitungsparametern abgeleitet. Die Ausprägung der Oberflächenstrukturen wird durch Variation der Bearbeitungsparameter systematisch untersucht und daraus Maßnahmen abgeleitet, wie die Oberflächenstrukturen reduziert bzw. vermieden werden können. Die Erkenntnisse aus der Analyse der verschiedenen Oberflächenstrukturen werden zu einer Gesamtstrategie zur Anpassung der Prozessführung für verschiedene Stahlgüten zusammengefasst.