Civan und TU Wien arbeiten an der Simulation des dynamischen Strahllaserschweißens zusammen

Laserexperten der Technischen Universität Wien (TU Wien) haben mit dem in Jerusalem ansässigen Unternehmen Civan Lasers zusammengearbeitet, um dessen disruptive dynamische Strahllasertechnologie zu simulieren. Als erste und einzige Multiphysik-Simulationssoftware, die in der Lage ist, die Megahertz-Frequenzen der dynamischen Strahllaser (DBLs) von Civan zu modellieren, verbessert die Arbeit das Verständnis dafür, wie diese Strahlformungslaser die Steuerung der Schlüsselloch- und Schmelzbaddynamik beeinflussen.

„Die Strahlformungsfähigkeit des Civan-Lasers eröffnet neue Möglichkeiten zur Steigerung der Schweißqualität und -geschwindigkeit in vielen der heutigen anspruchsvollen Anwendungen“, sagte Andreas Otto, Professor am Institut für Produktionstechnik und Photonische Technologien der TU Wien. „Es ist eine wirklich bedeutende Entwicklung, die die Zukunft der Lasermaterialbearbeitungstechnologie prägen und sogar die Entwicklung völlig neuer Anwendungen ermöglichen wird.“

Dieses Simulationstool bietet einzigartige Einblicke in die Auswirkungen jeder Strahlform und -frequenz auf die Schlüsselloch- und Schmelzbaddynamik und wird eine entscheidende Rolle bei der Prozessentwicklung spielen, indem es dabei hilft, die Strahlform und -frequenz für eine Vielzahl von Lasermaterialbearbeitungsanwendungen zu optimieren. Aktuelle Simulationen konzentrieren sich auf das Stumpfschweißen von Edelstahlrohren mit Spalt. Zukünftige Zusammenarbeit wird auf andere Schweiß-, Bohr- und Oberflächenbehandlungsanwendungen mit einer Vielzahl von Materialien abzielen.

Besonders anspruchsvoll war das Schweißen eines Edelstahlrohres im Stumpfstoß. Die begrenzte Präzision der geschnittenen Rohrfronten sowie Einschränkungen des Klemmsystems führten zu einem kleinen Spalt (von mehreren zehn Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern). Bei diesem Schweißprozess, der auf standardmäßigen statischen Laserquellen beruhte, wurde kein Zusatzmaterial verwendet, was zu einer Lücke an der Kontaktlinie und minderwertigen Schweißnähten führte.

Um eine Lösung zu finden, experimentierte Civan mit seinem DBL und arbeitete dann mit der TU Wien zusammen, um den Prozess zu simulieren. Das Ergebnis war ein besseres Verständnis dafür, warum bestimmte Formen besser funktionieren als andere. Die Simulation half auch beim Entwurf alternativer Strahlformen, die für dieses Problem geeignet sein könnten, und führte zur Entwicklung allgemeiner Richtlinien zum Entwurf geeigneter Strahlformen für solche Situationen.

Die patentierte kohärente Strahlkombination von Civan moduliert die Strahlform wie gewünscht bei Megahertz-Frequenzen, ohne dass bewegliche Teile erforderlich sind. Durch die optische kohärente Strahlkombination mit Phased-Array werden viele Single-Mode-Laserstrahlen zu einem größeren Strahl zusammengeführt. Jeder Laser sendet sein eigenes Licht aus, das sich mit anderen Strahlen im Fernfeld überlagert, um ein Beugungsmuster zu erzeugen, das die nötige Flexibilität freisetzt, um die Strahlform in Echtzeit zu manipulieren, um eine DBL zu erzeugen. Durch die Verwendung von Phasenmodulatoren zur Steuerung einzelner Strahlen kann das resultierende Interferenzmuster geändert werden, um die Position des Strahlflecks zu maximieren und verschiedene Formmuster zu erzeugen, die durch die Bewegung des Strahls eingeschrieben sind.