Produktion hat noch viel Platz für Lasertechnik
Immer mehr Werkstoffe werden mittlerweile per Laser bearbeitet, wobei Ultrakurzpulslaser neue Dimensionen für mehr Qualität, Flexibilität und Präzision in den Unternehmen eröffnen. Auch generative Fertigungsverfahren wie etwa 3-D-Druck werden zu einem Schwerpunktthema für die Industrie, wie sich auf der Messe Lasys vom 24. bis zum 26. Juni in Stuttgart zeigte.
Foto: G. Dlugosch
Immer stärker stellt der Laser seine Qualifikation als Allround-Werkzeug in den unterschiedlichsten Branchen unter BeweisDas belegten viele der 187 Aussteller in Stuttgart. Eine naheliegende Konsequenz daraus ist auch, dass Fertigungsprozesse durch praxisnahe Verbesserungen per Laser ergänzt werden. Und nachdem inzwischen fast alle Materialien bearbeitet werden können, geht es jetzt konsequent weiter in Richtung Bearbeiten von karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) für den Leichtbau oder Glasschneiden für die Displayfertigung. Für die Serienfertigung sind dabei immer öfter Systeme im kW-Bereich erforderlich, die gegenwärtig im Labor durchexperimentiert werden.
Auch die Materialbearbeitung mit Ultrakurzpulslasern etwa im Picosekundenbereich (1 ps = 10-12s) ist auf „Praxiskurs“ bei den Anwendern. Wenn neben der Integration der Bauteile auch mehr Präzision gefordert ist, muss die Bearbeitung umso mehr darauf ausgerichtet sein, die direkte Umgebung nicht durch Wärmeeintrag zu beeinflussen. Das treibt „Mikrobearbeiter“ und Forscher voran: „Mit Ultrakurzpulslasern arbeiten wir schon seit mehr als fünf Jahren“, so Experte Rudolf Weber vom Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Uni Stuttgart auf der diesjährigen Lasys.
Dazu passt eine Rekordmeldung: Die Stuttgarter Forscher haben im Labor stabil die Leistung von mehr als 1 kW erreicht. Dort hat man bei gleicher Frequenz die Energie erhöht, während Forschern in Aachen zuvor eine Leistungssteigerung über eine Erhöhung der Frequenz gelang. „Mit dieser Leistung wird die hochpräzise Bearbeitung für Branchen wie Automobil oder Windkraft interessant“, so der Leiter Verfahrensentwicklung am IFSW, „da künftig größere Bauteile mit der geforderten Geschwindigkeit bearbeitet werden können.“
Aber auch der Automatisierungsbereich profitiert immer stärker vom Lasereinsatz. Als lasergestützte Automatisierungslösung präsentierte Sitec aus Chemnitz ein Bandsystem einschließlich Bauteilübergabe per Knickarmroboter mit Doppelgreifer.
Neben dem Schneiden von Materialien gehören auch Markieren und Gravieren zu den mit am häufigsten vorkommenden Aufgaben, die Laser in der Industrie übernehmen. So feierte Trumpf, Ditzingen, mit dem neuen Markiersystem „TruMark 510“ in Stuttgart Weltpremiere. „Es ist als All-in-one-Lösung konzipiert und vereint Faserlaser, Scanner, Steuerung und interne Fokusanlagensteuerung in platzsparender Bauweise“, so Klaus Löffler, Leitung Zentralvertrieb Lasertechnik bei Trumpf. Mit seiner infraroten Wellenlänge markiere das System Metalle, Kunststoffe und organische Materialien. Insbesondere bei Tiefengravuren liefere der neue Faserlaser hochwertige Bearbeitungsergebnisse: „Damit lassen sich anspruchsvolle Markieraufgaben wirtschaftlich erfüllen und aufgrund der Strahlqualität auch sehr feine Strukturen realisieren“, ergänzte Löffler.
Die Industrie verfolgt diese Entwicklungen in der Lasermaterialbearbeitung aufmerksam. Deren Anwender fordern vor allem immer effizienteren Lasereinsatz, der zugleich hoch wirtschaftlich sein soll. Darauf stellen sich die Hersteller von Lasern und Lasersystemen ein. Nachfrage-Impulse und konkrete Forderungen kommen nach wie vor aus der Automobilindustrie, die nahezu alle Applikationsmöglichkeiten nutzt, um am Fahrzeug selbst und schon bei den Zulieferteilen Lasertechnik in den Einsatz zu bringen. Nach der Handhabung in der Montage und dem Schneiden von Blechen rücken viele Hersteller das Schweißen in den Vordergrund, das häufig ein Roboter übernimmt.
So hat Rofin, Hamburg, den Laserarbeitsplatz „Select Fiber“ mit einem servogesteuerten Achssystem und einer überarbeiteten CNC-Steuerung ausgestattet und die modularen Laserarbeitsstationen erweitert.
Höhere Leistungsdichte verbindet der Roboterhersteller Reis aus Obernburg wiederum mit geringeren Hardwarekosten. Die Experten für Laserschneiden und Schweißen mit dem Roboter haben eine eigene Schweißoptik (Modular Welding Optic) entwickelt und alle Zuführleitungen darin integriert. Dadurch ist laut Reis eine kompakte Einheit mit geringem Eigengewicht entstanden. Eine motorische und kontinuierlich verschiebbare Linse für die Fokussierung des Strahls ergibt eine schnelle Anpassung und damit eine hohe Flexibilität bei der Bearbeitung von unterschiedlich hohen Bauteilen.
„Wir wollen beweisen, dass wir nicht nur die etablierten Verfahren beherrschen“, ergänzt Norbert Höppe, Vertriebsleiter Lasersysteme bei Reis, „dafür haben wir ein neues Verfahren nach Stuttgart mitgebracht.“ Einen „großen Markt“ nämlich sehen die Roboterhersteller in der Reparatur von teuren Bauteilen wie Turbinenschaufeln mithilfe des Laserpulver-Auftragsschweißens. 24 Achsen kann die Steuerung kontinuierlich bedienen.
Als Fernziel steht dahinter die Überlegung, Ersatzteile künftig nur noch in Form von CAD-Daten aufzubewahren – um sie im Ernstfall über Nacht per 3-D-Druck zu fertigen. Denn 3-D-Druck bzw. Additive Fertigung vor allem mit den Verfahren Laser Metal Deposition (LMD) und Selective Laser Melting (SLM) spielen bei den neuen Laseranlagen eine immer stärkere Rolle. Materialersparnis und geringerer Energieverbrauch locken dabei ebenso wie die Möglichkeit, Einzelstücke ökonomisch herzustellen. Und um die produzierten Bauteile letztlich gegen Produktpiraterie zu sichern, konnte eine in Stuttgart aufgebaute Laseranlage des Fraunhofer-IWS zur großflächigen Nano- und Mikrostrukturierung genutzt werden.
