Six Sigma Analyse zur axialen Präzision des Laserabtragens im Werkzeugbau

MA-Thesis / Master von Susanna Ruder

Einleitung:

Mit der Erfindung des Lasers Ende der 50-ger Jahre wurde die Basis für eine Technologie geschaffen, die mittlerweile immer mehr Märkte erschließt. Während zu Beginn der Ausgangspunkt für die Entwicklung die Technologie an sich war, greift mittlerweile auch bei der Entwicklung der Lasertechnologie immer mehr das „Market-Pull“-Prinzip. Die treibenden Kräfte der Entwicklung sind also die Bedürfnisse des Marktes, auf Grund derer die Laser angepasst werden müssen.

Hierzu müssen die Laserparameter auf die jeweilige gewünschte Anwendung angepasst werden. Hierbei ist auch eine Überqualifizierung des Prozesses zu vermeiden, da ein solcher Prozess wirtschaftlich nicht bestehen kann.

Einer dieser neuen Märkte für Laser ist das Laserabtragen. Um das Laserabtragen zu einem konkurrenzfähigen und möglicherweise substituierenden Fertigungsverfahren zu entwickeln, muss der Prozess des Laserabtragens auf die jeweiligen Bedürfnisse des Marktes abgestimmt werden. Dazu müssen zuerst die Bedürfnisse der Fertigung ermittelt werden, auf die der Laserabtragprozess dann abgestimmt werden kann.

Eine geeignete Methode, den Prozess systematisch auf die notwendigen Bedingungen des Marktes abzustimmen, bietet die Six-Sigma-Methodik. Mit dieser später noch detailliert beschriebenen Prozessverbesserungsstrategie, die zur gleichen Zeit adäquate Maßnahmen zur Prozessanalyse beinhaltet, soll in diesem Fall das Laserabtragen im Werkzeugbau untersucht werden. Der Fokus liegt dabei auf der axialen Genauigkeit der durch das Laserabtragen hergestellten Kavitäten.

Ausgangspunkt dieser Arbeit bildet eine repräsentative Umfrage unter 1800 deutschsprachigen Werkzeugherstellern. In dieser Umfrage wurden Anforderungen an neue Fertigungstechnologien ermittelt. Im Vordergrund stehen hierbei kurze Prozessdurchlaufzeiten und die Einhaltung der Maßtoleranzen. Die Herstellkosten folgen erst an vierter Stelle, die Investitionskosten an elfter. Durch diese Priorisierung durch die potentiellen Anwender der neuen Technologie Laserabtragen im Werkzeugbau wird deutlich welche Eigenschaften die Substitutionstechnologie haben muss, um erfolgreich in den Markt eintreten zu können.

In Bezug auf die Durchlaufzeit lässt sich das Laserabtragen heutzutage schon bei kleinen Losgrößen, geringen Abtragtiefen und einer hohen Komplexität der Werkzeuge einsetzen. Eine weitere Erhöhung der Durchlaufzeit kann nur noch durch Erhöhung der Pulsfolgefrequenz erreicht werden (A. Lorenz 2006).

Um diese Priorisierung in Bezug auf die Maßhaltigkeit messbar machen zu können wurden auch die erforderten Fertigungstoleranzen bestimmt, die sich nach DIN ISO 286 T1 auf IT6 festlegen lässt. Mit diesem Wert können 65% aller Unternehmen bedient werden, da mit diesen Toleranzen auch geringere Genauigkeiten erfüllt werden können. Eine Untersuchung in Bezug auf die laterale Genauigkeit des Laserabtragens wurde bereits im Vorfeld dieser Arbeit am Institut für Lasertechnik an der TU Hamburg-Harburg abgeschlossen.

Ziel der Arbeit war eine Untersuchung der axialen Maßhaltigkeit von laserabgetragenen Kavitäten. Weiterhin sollten die Hauptursachen für die axiale Varianz extrahiert und daraus verbessernde Maßnahmen abgeleitet werden.

Zu diesem Zweck wurde zunächst mit Hilfe einer statistischen Versuchsplanung die Hauptursache für die Profiltiefe ermittelt, die dann auf Korrelation mit der Varianz der Kavitätentiefe untersucht wurde. Diese Korrelation konnte nachgewiesen werden, woraufhin die Ursachen für die Entwicklung der W-Pulskratergeometrie, der Hauptursache für die Varianz der Kavitäten, hergeleitet wurden. Diese Ursachen wurden dann in Laserparameter übertragen, so dass eine Empfehlung an die Laserhersteller gegeben werden kann, ausreichend maßhaltige Abtraglaser entwickeln zu können.

Inhaltsverzeichnis: