Laserstrahl-Bohren von PEEK für Hyperschalluntersuchungen

  PEEK Kegel Urheberrecht: Fraunhofer ILT PEEK Kegel

Aufgabenstellung
Für Untersuchungen zur Bestimmung der stabilisierenden Wirkung poröser Wände auf den Übergang von laminarer zu turbulenter Grenzschichtströmung sollen in den Hochleistungskunststoff PEEK 660.000 Sacklochbohrungen mit einem Bohrungsdurchmesser von 100 μm und einer Bohrungstiefe von 1000 μm eingebracht werden.

Vorgehensweise
In einen Kegel aus PEEK mit einer Länge von 475 mm und einem Durchmesser von 31-79 mm aus dem Hochleistungskunststoff PEEK sollen mittels Laserstrahlung Sacklochbohrungen eingebracht werden. Die Sacklöcher werden senkrecht zur Oberfläche über einen Umfangswinkel von 120° gebohrt. Für das Bohren wird eine ns-gepulste Strahlquelle mit einer Wellenlänge von 532 nm eingesetzt. Zur Positionierung der Laserstrahlung werden sowohl eine 5-Achs-Positionieranlage für die Drehung des Kegels als auch ein Scannersystem für die schnelle Positionierung der Laserstrahlung eingesetzt. Mit dem Scanner werden Bohrlochfelder von je 20x20 Bohrungen gefertigt. Durch das 5-Achs-Positioniersystem werden die Positionen der Bohrlochfelder angefahren.

Ergebnis
Durch den Einsatz von gepulster Laserstrahlung mit Pulsdauern im ns-Bereich und einer Wellenlänge von 532 nm konnten die Bohrungen ohne Abbrände oder Schmelzablagerungen erzeugt werden. Keinerlei Nachbearbeitung der Oberfläche auf Grund von Ablagerungen war erforderlich.

Anwendungsfelder
Das gebohrte Bauteil wird für die experimentelle Bestimmung der stabilisierenden Wirkung poröser Wände auf die Transition (Übergang von laminarer zu turbulenter Grenzschichtströmung) und für systematische Untersuchung der Reynoldszahl- und Machzahlabhängigkeit der Transition verwendet. Hierzu wird in einem Hyperschallwindkanal bei Windgeschwindigkeiten bis zu Mach 11,2 mittels IR-Thermografie der Transitionsbereich bestimmt und mittels Drucksensoren eine direkte Messung der Turbulenz vorgenommen.