Chance Laser Laserbearbeitung macht Automobilbau umweltfreundlicher

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Wenn der Laser beim Kleben, Reinigen und Beschichten eingesetzt wird respektive dabei unterstützt, reduziert das Feinstaub und Chemikalien.

Das Ditzinger Hochtechnologieunternehmen Trumpf will hier erklären, wie das Universalwerkzeug Laser auch dem Thema Nachhaltigkeit auf die Sprünge helfen kann. So hat Trumpf etwa Laserprozesse entwickelt, mit dem die Automobilindustrie chemische Reinigungsprozesse vermeiden kann. Die Lasertechnik sorgt nämlich bei der Reinigung von Karosserieteilen für eine wesentlich umweltfreundlichere Fertigung. Die Automobilindustrie will sich ohnehin von umweltschädlichen chemischen Verfahren verabschieden, die vor allem bei der Reinigung von Bauteilen zum Einsatz kommen. Mit Kurzpulslasern kann dazu ein entscheidender Beitrag geleistet werden, damit die chemiefreie Teilereinigung ein Erfolg wird. Wenn das klappe, seien gleich mehrere mit Chemikalien gefüllte Bäder für die Teilereinigung passé.

Vorteile des Laser bei Reinigung und Strukturierung

Es hilft aber schon, nicht das ganze Bauteil zu reinigen, sondern nur einen Teilbereich per Laser – etwa die Stellen, wo später die Rohbaukomponenten miteinander verklebt werden sollen (sogenannter kalter Rohbau). Die Lasertechnik profitiere übrigens vom Trend zum kalten Rohbau in der Automobilindustrie, bei verstärkt zu Klebstoffen gegriffen wird im Karosseriebau vermehrt Anwendung finden. Hier spielten auch die Trumpf-Kurzpulslaser ihre Vorteile aus. Die Kurzpulslaser reinigen die Bauteile nur dort, wo es tatsächlich für eine prozesssichere Verbindung zwischen den Rohbauteilen notwendig ist. Auf eine Nachbearbeitung könnten die Automobilhersteller verzichten. Zudem funktioniert das Laserreinigen immer gleich gut und man spart auch hier Wasser und Chemieeinsatz.

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Laserstrukturierung schafft noch kräftigere Verklebung

Und man kann mit dem Laser gleich zwei Klebeprozess-Fliegen mit einer Klappe erschlagen! Denn damit die Klebeverbindungen noch besser halten, müssen die betreffenden Oberflächenareale oft noch gezielt mit Strukturen versehen werden, in denen sich der Klebstoff mechanisch verankern kann. Auch das kann Kurzpulslaser erledigen, wie Trumpf betont. Das Laserstrukturieren ist außerdem eine saubere, schnelle und berührungslose Alternative zum Sandstrahlen, Ätzen mit Chemikalien oder dem Fräsen, wie es weiter heißt. Die Kurzpulslaser von Trumpf könnten auch verschiedenste Metalle strukturieren. Dafür müsse der Anwender lediglich die Parameter des Lasers dem Metall anpassen. Das betrifft etwa die Laserleistung und die Geschwindigkeit mit der der Laserstrahl über die Bauteiloberfläche verfahren wird. Und es gibt noch einen Zeitspareffekt, denn wer die Oberflächen mit flüssigen Chemikalien oder Schleifmitteln reinigt, muss zuvor die Bereiche maskieren, die nicht behandelt werden sollen. Das ist aufwändig und teuer. Mit dem Laser kann man darauf verzichten.

Günstigere E-Mobilität durch Mini-Laser von Trumpf

Auch im Bereich der Elektromobilität bereiten Kurzpulslaser von Trumpf Klebeverbindungen vor. Denn Batteriezellen für E-Autos müssen die Batteriehersteller zunächst in das sogenannte Batteriepack kleben. Damit der Klebstoff besser haftet, wird so verfahren, wie oben beschrieben. Ebenfalls zum Einsatz in der E-Mobilität kommen sogenannte „VCSEL“-Hochleistungs-Lasersysteme des Trumpf-Unternehmensbereichs Photonic Components (VCSEL = Vertical Cavity Surface Emitting Laser).

Dabei handelt es sich um Mini-Laser zum Trocknen der Batteriefolie, die ihre Strahlung, wie der Name schon vermuten lässt, vertikal ins Geschehen emittieren. Die Heizsysteme arbeiten mit Infrarotstrahlung. Sie übertragen damit Wärme direkt und gleichmäßig auf die gesamte Länge der Batteriefolie und das fast ohne Energieverlust, wie Trumpf betont. Der Prozess soll nicht nur effizienter sein, sondern auch deutlich schneller. Die „VCSEL“-Heizsysteme benötigen im Vergleich zu Standardöfen weniger Energie und außerdem deutlich weniger Platz in der Fertigungslinie. Die Elektromobilität gilt für Trumpf übrigens als eines der wichtigsten strategischen Wachstumsfelder für „VCSEL“-Heizsysteme.

Der Laser gibt Gas bei der Feinstaubvermeidung

Trumpf hat mit dem Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen ein Verfahren zur Industriereife gebracht, das dabei helfen kann, den Abrieb von Bremsscheiben und damit Feinstaubemission zu verringern, wie es weiter heißt. Dieses Laserverfahren könne auch vor Korrosion schützen, was vor allem für die Bremsscheiben von Elektrofahrzeugen wichtig sei. Die E-Mobile bremsen nämlich durch Rekuperation – also per Energierückgewinnung. Die Scheibenbremse wird deshalb eher selten benutzt, weshalb sich auf ihr schneller Flugrost ansetzt. Doch das wird beim Bremsen zu einer noch staubigeren Angelegenheit und verbraucht die Bremsscheibe vorzeitig, wie Trumpf erklärt.

Die Kombination von hoher Flächenrate, hoher Schichtqualität und die Trumpf-Ansätze zur Effizienzsteigerung und Pulvereinsparung beim industriellen Laserauftragsschweißen halten nun dagegen. Das Prinzip Laserauftragsschweißen funktioniert durch ein, wie es heißt, cleveres Zusammenspiel von Laser und Metallpulver. Dies ermöglicht es, poren- und rissfreie Schichten zu erzeugen. Das Wichtigste beim hochwertigen Laserauftragsschweißen ist die adäquate Pulver- und Energiezufuhr. Die Trumpf-Ingenieure haben das so gelöst: Statt das Metallpulver auf das Bauteil aufzutragen und dann dort per Laserlicht an die Bauteiloberfläche anzuschmelzen, fällt das Pulver beim Hochgeschwindigkeits-Laserauftragsschweißen bereit oberhalb des Bauteils in den Laserstrahl hinein. Das Laserlicht erhitzt das Pulver so schon auf dem Weg zum Bauteil auf Schmelztemperatur, wo sich die Schmelze dann niederschlägt.

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