Aufgabenblatt (Semesterarbeit): Gabriela Fisch 1/2

Entstehung von Cones und Cone-like Protrusions beim UKP-Laserabtragen und Erzeugung eines Schliffmusters auf Edelstahl

Semesterarbeit

Aufgabenstellung Diese Semesterarbeit entsteht in Zusammenarbeit mit der TRUMPF Maschinen AG in Baar und befasst sich mit dem Laser-Ablations-Prozess von Edelstahl (1.4310) mit einem Ultrakurzpulslaser-System. Sie ist in folgende zwei Aufgabenteile unterteilt:

Der erste Teil umfasst die Untersuchung der Entstehung von zwei beim Laserabtragen auftretenden Mikrostrukturen, den «Cones» und «Cone-like Protrusions» (kurz CLP): Cones entstehen bei geringer Fluenz und tiefem Abtrag, während CLPs bei relativ hoher Fluenz auftreten. Es existieren bereits unterschiedliche Hypothesen, warum diese Strukturen entstehen. Diese gilt es in dieser Arbeit genauer zu untersuchen und deren Richtigkeit durch weitergehende Untersuchungen zu verifizieren oder zu widerlegen. Vor allem messtechnische Analysen der Proben mittels eines REM EDX oder WDX sollen Aufschluss über die Morphologie der Struktur sowie deren lokale chemische Zusammensetzung geben, und schliesslich Rückschlüsse auf die Entstehung dieser Strukturen erlauben.

Im zweiten Teil der Arbeit steht, basierend auf den gewonnen Erkenntnissen aus dem ersten Teil, die Prozessentwicklung eines Schliffmusters im Vordergrund. Dieses gilt es mittels des Lasers nachzustellen.

Aufgabenpakete TEIL 1: Untersuchung der Entstehung von Cones und Cone-like Protrusions bei Laser-

Flächenablationen 1. Hypothesen: Zusammenfassen der unterschiedlichen Hypothesen zur Entstehung von Cones und CLPs: Wie lassen sich diese Hypothesen verifizieren resp. widerlegen?

2. Vorversuche: Eruieren geeigneter «Standardparameter», wo Cone- & CLP-Strukturen auftauchen (vgl.

Literatur). Standardparameter für Versuche (Cones und CLP).

3. Analyse der Probefelder vor dem Bearbeiten mittels: REM EDX: chemische Zusammensetzung. Laser Scanning Mikroskop (Keyence VK X-110): 3D-Profil, Dimensionen. Stereomikroskop (Leica M125): Optisches Erscheinungsbilder. IST-Zustand vor dem Laserabtragen.

4. Abtragen der Probefelder mit dem Laser.

5. Analyse der abgetragenen Probefelder analog Schritt 3: IST-Zustand nach dem Laserabtragen.

6. Auswerten der Resultate: Vergleich der IST-Zustände vor und nach dem Laserabtragen? Was hat sich geändert? Welche Hypothesen lassen sich verifizieren und welche widerlegen? Ergeben sich neue

Hypothesen? Warum entstehen Cones und CLPs?

Aufgabenblatt (Semesterarbeit): Gabriela Fisch 2/2

TEIL 2: Prozessentwicklung Schliffmuster 1. Wahl des Schliffmusters.

2. Wie wird der Effekt bisher erzeugt? Vermessen der Tiefen von vorhandenen Proben. Ausmessen der Geometrien.

3. Erzeugen der DXF-Geometrien und Maschinenprogramme.

4. Parametersuche: Finden von Parametern, bei denen jeweils ein Abtrag mit gewünschter Tiefe, guter Qualität

und hoher Abtragrate erreicht wird (Defokussieren, etc.).

5. Erzeugen des Schliffmusters.

Setup • Laser: Trumpf TruMicro5070 (ps-Laser) • Optik: Scanlab HSII f=100mm (Scanner) • Wellenlänge: 515nm (grün) • Material: Edelstahl (1.4310)

Zeitrahmen • Gesamtdauer: 14 Wochen (HS 2016) • Ausgabetermin: 11. Oktober 2016 • Abgabetermin: 17. Januar 2017

Kontaktdaten

Gabriela Fisch Studentin 078 678 06 99 gfisch@student.ethz.ch

Dr. Janko Auerswald TRUMPF Maschinen AG 041 769 62 17 Janko.Auerswald@ch.Trumpf.com

Norbert Ackerl IWF, ETH Zürich 044 633 73 50 ackerl@iwf.mavt.ethz.ch

Paul Börner IWF, ETH Zürich 044 633 78 68 boerner@iwf.mavt.ethz.ch

Prof. Dr. Konrad Wegener IWF, ETH Zürich 044 632 24 19 wegener@iwf.mavt.ethz.ch