Focal point location in laser machining of thick hard wood

Tayal, M.; Barnekov, V.; Mukherjee, K.

doi:10.1007/bf00271221

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“…Der Energieeintrag ins Holz wird durch die Wellenlänge der gewählten Laserstrahlquelle bestimmt. Da Holz im Spektralbereich des sichtbaren Lichts und der Infrarotstrahlung stark unterschiedliche Absorptionsraten aufweist (Bild 4), sind für den Bohrprozess sowohl das Absorptions‐ als auch Reflexionsverhalten relevant (siehe auch [9, 10, 11, 12]).…”

Section: Lasertechnik Und Ihre Anwendung In Der Holzbearbeitungunclassified

Laserstrahlbohrungen für richtungsgenau positionierte Vollgewindeschrauben – Einbau und Tragverhalten

Trautz¹,

Koj²,

Uchtmann³

2015

Bautechnik

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1 Hintergrund Selbstbohrende Vollgewindeschrauben (VGS) sind durch einfache Verarbeitung sowie hohe und definierte Leistungsfähigkeit gekennzeichnet und haben sich sowohl als Verbindungsmittel als auch als Verstärkungsmittel im Holzbau gegenüber konventionellen genormten Schrauben durchgesetzt. VGS sind über allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen geregelt und werden mittlerweile in Durchmessern bis zu 14 mm und Längen bis 1500 mm angeboten. Mit ihrer Bohrspitze können die Schrauben ohne Vorbohrung ins Holz eingeschraubt werden; jedoch ist bei vielen Fabrikaten auch ein Vorbohren mit dem Kerndurchmesser zulässig. Bedingt durch die anisotrope und inhomogene Materialstruktur von Holz, durch lokale Dichte-und Steifigkeitsunterschiede der Holzschichten oder der miteinander verleimten Holzlamellen, bedingt durch Wuchsunregelmäßigkeiten, durch Äste, Harzgallen (Bild 1) oder auch durch Brettstöße, Entlastungsnuten und Keilzinkverbindungen entstehen beim Einbringen der VGS ohne Vorbohrung schon bei Schraubenlängen bzw. Einbringtiefen von etwa 20 d Abweichungen der Schraubenspitze von der beim Einschrauben vorgegebenen Lage der Schraubenachse. Dieses sogenannte ‚Verlaufen', wie es Holzbauer und Zimmerleute nennen, wird da-Selbstbohrende Vollgewindeschrauben, die ohne Vorbohrung eingeschraubt werden können, haben sich neben ihrer Funktion als Befestigungsmittel im Holzbau auch als leistungsfähige Bauteilverstärkungen und als stabförmige Fügungselemente erwiesen. Für diesen Einsatz sind große Einbaulängen l eff > 20 d und sehr große Längen l > 0,6 m erforderlich, die hinsichtlich eines richtungsgenauen Einbaus Probleme verursachen. Bedingt durch die Inhomogenität des natürlichen Baustoffs Holz tritt schon beim Einschrauben von mittleren Schraubenlängen das sogenannte ‚Verlaufen' der Schrauben, d. h. die Richtungsabweichung der Schraubenspitze von der vorgehaltenen Einschraublage, ein und nimmt mit zunehmender Einschraublänge sogar überproportional zu. Während kurze Einschraublängen im Abbund problemlos mechanisch vorgebohrt werden können, ist bei größeren Einschraublängen eine exakt geradlinige Vorbohrung zur Richtungsführung der Schrauben potenziell nur durch Laserstrahlbohren zu erwarten. Der Energie-und Wärmeeintrag durch die Laserstrahlung führt zu einer thermischen Umwandlung des die Bohrung umgebenden Holzes, die eine Beeinflussung der Tragfähigkeit von darin eingeschraubten Vollgewindeschrauben mit sich bringen kann. An der RWTH Aachen wurden vom Lehrstuhl Tragkonstruktionen (trako) in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik (LLT) Versuche zum Bohren von Brettschichtholz mittels Laserstrahlung sowie zum Trag-und Verbundverhalten von selbstbohrenden Vollgewindeschrauben in auf diese Weise erstellten Bohrungen für kurze Bohr-und Einbindelängen (l = 6 d) durchgeführt. Die Ergebnisse unterstreichen das Entwicklungspotenzial dieses innovativen Holzbearbeitungsverfahrens für die Holzbautechnik.

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Section: Lasertechnik Und Ihre Anwendung In Der Holzbearbeitungunclassified

Laserstrahlbohrungen für richtungsgenau positionierte Vollgewindeschrauben – Einbau und Tragverhalten

Trautz¹,

Koj²,

Uchtmann³

2015

Bautechnik

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“…The shape of the laser cut is associated with the focal point of the beam. As reported by Tayal et al [ 17 ], the optimum location of the focal point is below the surface of the workpiece, as then the sides of the cut are more regular and less charred as compared with focusing laser beams, for example, on the surface of the workpiece.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 96%

Infrared Laser Application to Wood Cutting

et al. 2020

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While lasers are widely used across various industries, including woodworking, few studies to date have addressed the issue of cutting fresh wood. In the present investigation, wood stemming from fresh tree branches was cut at different laser powers and beam travel speeds. A fiber laser and a CO2 laser were used for the research. The cellular structures of the cut surfaces were examined, with some of them found to be covered with a layer of compacted, charred cells. This may be a favorable phenomenon, preventing the invasion of pathogens via the wounds caused by laser beam branch cutting in nurseries, plantations, and orchards.

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“…Laser surface alloying is more concerned on carburizing of steel. The amount of carbon introduced with laser surface alloying mechanism can be so high, that even hypereutectic compositions (>4.3 wt.%C) of the carburized layer can be obtained [10], depending on the amount of carbon introduced and the process parameters.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%