3D-Laserschneiden und Laserschweißen in einer Maschine

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Die sogenannte autonome Düse liefert den Gasstrahl für das Schneiden und das Schutz- und Prozessgas für das Schweißen und gestattet gleichzeitig den Einsatz eines effektiven Cross-Jets für den Optikschutz [3].

Verkürzte, integrierte Prozessketten, eine hohe Maschinenauslastung, die flexible und wirtschaftliche Fertigung von Varianten sowie der reduzierte Aufwand für Handhabung, Positionierung und Fixierung der Bauteile bewirken signifikante Kosteneinsparungen im gesamten Fertigungsablauf.

Höhere Genauigkeit und verkürzte Toleranzkette

Der konstante Tool Center Point (TCP), der in einer Aufspannung beibehaltene Ordnungszustand und die Freiheit in der Auswahl der optimalen Prozessfolge führen zu. So erübrigt sich eine sensorgestützte Schweißkantenverfolgung, wenn die Kantenvorbereitung direkt vorher mit dem Kombikopf durchgeführt wurde.

Der konstante TCP und die unveränderte Einspannung der Komponenten gewährleisten, dass die genauen Koordinaten der Schweißbahn entlang der lasergeschnittenen Kanten im Maschinensystem bekannt sind und daher zum Beispiel beim Herstellen nicht-linearer Tailored Blanks genau abgefahren werden [4]. Eine andere Anwendung des Konzeptes identischer Bahnfolge ist das Laservorschneiden und -schweißen von Bandenden zur Herstellung endloser Metallbänder, zum Beispiel in Inspektions- und Beschichtungslinien. Bild 1 zeigt Schneid- und Schweißgeschwindigkeiten an verzinktem Stahlblech mit 4 kW Laserleistung bei einem Faserdurchmesser von 150 µm.

Der eingesetzte Laserportalroboter RLP16 von Reis Robotics verfügt über drei kartesische Achsen mit Linear-Direktantrieben sowie über drei Rotationsachsen. Die dynamischen Antriebe erreichen eine Beschleunigung von 0,7 g. Bei Umorientierungen des Kopfes um Werkstückkanten führen die Handachsen des Portalroboters schnelle Bewegungen und Richtungswechsel aus, die die Lichtleitfaser insbesondere im Bereich des Fasersteckers durch Torsion, Biegung und Peitscheneffekte stark beanspruchen würden.

Achsenintegrierte Strahlführung vermeidet Belastung der Faser

Diese Belastung der Faser kann vermieden werden, weil die Maschine über eine achsenintegrierte Strahlführung verfügt. Der Faserankopplungspunkt und die Strahl-Kollimation werden in einen vom Kopf weiter entfernten, unkritischeren Bereich verlagert. Der kollimierte Laserstrahl wird mit zwei Umlenkspiegeln durch die letzten zwei Rotationsachsen des Roboters zur Fokussierungsoptik des Bearbeitungskopfes geleitet.

Die neu entwickelte Kombikopfversion F2-X von Laserfact (Bild 2) ist so aufgebaut, dass sie über ihren Anschlussflansch eine mechanisch und optisch koaxiale Anbindung an die letzte Rotationsachse des Portalroboters gestattet. Die zusätzlich im Laserfact-Kombikopf integrierte Z-Achse für die Abstandsregelung des Kopfes wurde so umgestaltet, dass sie den Kopf koaxial zum Flansch bewegt.

Um eine bessere Dynamik bei der Umorientierung um Kanten zu erzielen, wurde der Kombikopf gegenüber der Standardversion deutlich verkürzt. Dafür wurden nicht nur die Z-Achse, sondern auch die Fokussieroptik, ihre Justierelemente sowie die Medienanschlüsse konstruktiv überarbeitet. Um die Zugänglichkeit des Kopfes und die Seitenempfindlichkeit der Abstandssensorik zu verbessern, wurden schlankere autonome Düsen mit einem Konuswinkel von 40° entwickelt.

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