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Laser World of Photonics 2019

Mit Licht gestalten

| Autor/ Redakteur: Peter Springfeld / M.A. Frauke Finus

Licht bedeutet Leben. Dass die Energie des Lichts auch ein kräftiges Werkzeug ist, weiß man in der Lasermaterialbearbeitung. Blechnet recherchierte an ausgesuchten Beispielen, in welche Richtung sich die Lasertechnik in Sachen Blech entwickelt.

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Intelligente Sensorik: Active Speed Control von Trumpf blickt durch die Düse und beobachtet die Strahlung, die beim Schmelzen des Materials entsteht.
Intelligente Sensorik: Active Speed Control von Trumpf blickt durch die Düse und beobachtet die Strahlung, die beim Schmelzen des Materials entsteht.
(Bild: Trumpf)

Jetzt, wo die Tage am längsten sind, spüren wir besonders deutlich: Das warme Sonnenlicht spendet Lebensenergie. Dass die Energie des Lichts sogar einmal zu einem kräftigen Werkzeug werden wird, haben einige Visionäre früh geahnt und den Anstoß zur Entwicklung des Lasers gegeben. Den Grundstein legte Albert Einstein: Bereits 1917 beschrieb er die theoretischen Grundlagen der stimulierten Emission. Einstein hielt es für möglich, Licht zu vervielfältigen und eine Lichtquelle zu schaffen, die geordnetes und gebündeltes Licht mit faszinierenden Eigenschaften aussendet.1921 erhielt Einstein für seine bahnbrechenden Theorien zum Licht den Nobel-Preis für Physik. Auf dem Weg zum heutigen universellen Einsatz der Lasertechnik teilten sich 1964 der US-Amerikaner Charles H. Townes, die Russen Alexander Michailowitsch Prochorow und Nikolai Bassow den Physik-Nobelpreis „für grundlegende Arbeiten auf dem Gebiet der Quantenelektronik, die zur Konstruktion von Oszillatoren und Verstärkern auf der Basis des Maser-Laser-Prinzips führten“. Im Letzten Jahr ging der Physik-Nobel-Preis an Arthur Ashkin (USA), Gérard Mourou (Frankreich) und Donna Strickland (Kanada) für die Entwicklung der Ultrakurzpuls-(UKP)-Laser-Technologie. Ende der Entwicklung ist nicht in Sicht. So dürfte der Besuch der Messe Laser World of Photonics in München, zu der auch ein umfangreiches Wissenschaftsprogramm gehört, zu einem unvergesslichen Erlebnis und einem Zugewinn an praktischen und wissenschaftlichen Erkenntnissen führen.

Fachbesucher erhalten Informationen zu allen Exponaten und offerierten Dienstleistungen. Das Angebot erstreckt sich vom Lasereinsatz in den Bereichen Automotive, Luft- und Raumfahrt, Materialbe- und -verarbeitung, Medizintechnik und Biotechnologie, Forschung und Wissenschaft, um nur einige zu nennen. Blechnet recherchierte an ausgesuchten Beispielen, in welche Richtungen sich die Lasertechnik im Bereich Materialbe- und -verarbeitung entwickelt.

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Enorme Produktivität bei faszinierender Präzision

Das kürzlich von Trumpf entwickelte System Active Speed Control zeigt anschaulich, wohin sich die laserbasierte Fertigungstechnik bewegt: Hohe Präzision bei spürbar gesteigerter Produktivität und weitere Minimierung der Komponenten. „Active Speed Control“, führt Trumpf aus, „blickt durch die Düse direkt in den Laserschnitt, überwacht ihn in Echtzeit und regelt selbstständig die Vorschubgeschwindigkeit von Festkörperlasermaschinen. Active Speed Control reagiert unmittelbar auf Veränderungen im bearbeiteten Material und stellt den optimalen Vorschub auch dann sicher ein, wenn die Blechdicke innerhalb einer Tafel variiert oder die Oberseite durch Rost oder Lacke verunreinigt ist. Active Speed Control kontrolliert zahlreiche Prozessparameter; beispielsweise die Lage des Laserstrahls zur Düsenmitte während des gesamten Schneidvorgangs. Durch Softwareupdates können in Zukunft weitere Funktionen des autonomen Laserschneidens einfach ins Steuerungsprogramm aufgenommen werden.“

Um den Anforderungen der Automatisierung auch bei den kleineren Laserschneidmaschinen zu genügen, hat Trumpf die Tru Laser Serie 1000 rundum erneuert. „Die Maschinen“, so das schwäbische Hochtechnologieunternehmen, „lassen sich jetzt umfassend automatisieren. Ein robuster Tru-Disk-Festkörperlaser arbeitet mit konstanter Leistung und reagiert unempfindlich auf Rückreflexionen beim Schneiden reflektierender Materialien wie Kupfer und Messing. Maschinen mit einem Vier-Kilowatt-Laser verfügen über BrightLine fiber. Dank dieser Funktion schneiden die Maschinen selbst dicken Bautstahl prozesssicher.“

Lasertechnik für die Fertigung von Elektromobil-Baugruppen

Bei der Produktion von Elektromobilen steht die Automobilindustrie vor enormen Veränderungen. Insbesondere geht es um die effiziente Fertigung von Batterien, Elektromotoren, speziellen Leichtbaukomponenten sowie die Realisierung einer anspruchsvollen Hochleistungselektronik. Dazu bietet Trumpf Lasertechnologien, die eine hocheffiziente Serienfertigung der genannten Komponenten ermöglichen.

Batterien für E-Autos bestehen aus mehreren Schichten hauchdünner Kupfer- und Alufolien, die mit dem Laser zugeschnitten und verschweißt werden. Anschließend wird flüssiges Elektrolyt eingefüllt und die Batterie mit einem Deckel verschweißt. Diese Schweißungen müssen absolut dicht sein. Andernfalls würden im Betrieb des Elektroautos Brand- und Verletzungsgefahren entstehen. „Zudem“, hebt Trumpf hervor, „lassen sich unsere Laseranlagen dank digitaler Vernetzung über die gesamte Fertigung überwachen.“ Auch für die Produktion von Elektromotoren für E-Mobile ist Trumpf gerüstet: Dort geht es beispielsweise um das effiziente Verschweißen von dicken Kupferdrähten, aus denen die Spulen für den Stator bestehen. Hier bietet das Unternehmen eine Lösung, bei der zum Beispiel 200 Schweißungen für einen Motor in nur einer guten Minute erledigt werden. Mit Ladestecker, Stromwandler und Gleichrichter kommt eine ganze Reihe neuer Leistungselektronik ins E-Auto. So sind Spannungen bis zu etwa 800 V zu beherrschen Das heißt: Es sind ausgesprochen robuste Verbindungen notwendig. Als ausgezeichneter Wärme- und Stromleiter bietet sich Kupfer an. Kupfer lässt sich aber nur mit einem ganz speziellen Laser effizient schweißen, sonst entstehen zu viele Spritzer mit der Gefahr von Kurzschlüssen. Für das Kupferschweißen hat Trumpf den sogenannten grünen Laser entwickelt.

Zwar ist der Leichtbau kein reines Elektromobilitäts-Thema, gehört aber maßgeblich dazu. Kennzeichen dieses Trends ist der Einsatz Aluminiumlegierungen, Kunststoffen und Faserverbundkunststoffen. Trumpf bietet je nach Werkstoff verschiedene laserbasierte Lösungen an, um unterschiedliche Materialien zu verbinden, zu trennen oder nach vorgegebenem Design auszuschneiden.

Kontrolliertes Wärmeleitschweißen von Buntmetallen

Die Laserline GmbH gehört zu den führenden Herstellern von Diodenlasern für die industrielle Materialbearbeitung. In mehr als 20 Jahren wurden über 5.000 Hochleistungsdiodenlaser für unterschiedlichste Fertigungsaufgaben ausgeliefert. Auf der Laser World of Photonics zeigt Laserline den LDM blue 1000-100, den ersten blauen Diodenlaser mit 1 kW cw Ausgangsleistung. Er arbeitet mit einer Wellenlänge von 450 nm und ist als kompakter 19-Zoll-Einschub konzipiert. So lässt er sich gut in industrielle Produktionsanlagen einfügen. Als erster Industrielaser ermöglicht er ein kontrolliertes Wärmeleitschweißen von Buntmetallen wie Kupfer oder Gold und eröffnet damit unter anderem neue Fertigungsoptionen im Bereich von elektronischen Kontaktierungen. Komplettiert wird die Laserline Messepräsentation durch leistungsstarke, kompakt gebaute Laserquellen für typische Anwendungsbereiche wie zum Beispiel Schweißen, Löten und Beschichten. Beispielsweise können bei Zylinderköpfen die Ventilsitze von Laserline beschichtet werden.

Lasermarkieren für hohe Kennzeichnungsanforderungen

Am rechten Traveufer zwischen Lübeck und Travemünde ist die Foba Laser Marking + Engraving, Alltec GmbH zu Hause. Spezialität des Unternehmens sind Beschriftungslaser und Gravurlaser, die nahezu alle Laserbeschriftungs- und Lasergravuranwendungen abdecken. Die Offerte geht über Lasermarkierarbeitsplätze bis hin zu hochpräzisen Lasergravurmaschinen. Sie erfüllen höchste Ansprüche, arbeiten dauerhaft, fälschungssicher und präzise. In zahlreichen Industrien bringen sie unterschiedliche Inhalte auf unzählige Materialien auf: von Metallen über organische Stoffe, Keramiken, Glas bis hin zu Kunststoffen.

Zur flexiblen, schnellen und hochwertigen Produkt- und Materialkennzeichnung stehen leistungsstarke Festkörperlaser, Faserlaser, UV-Laser sowie CO2-Laserbeschrifter zur Verfügung. Sie lassen sich problemlos in Fertigungsanlagen integrieren und arbeiten in Sondermaschinen oder Foba-Arbeitsplätzen. Zu den neuesten Produkten gehört Foba Y.1000. Es ist ein kompaktes Faserlasersystem, das sich einfach in Produktionslinien integrieren lässt und robuste Markierungen, auch auf schwierig zu markierenden Materialien, erzeugt.

Stark beanspruchte Bauteile und Produkte aus Metall oder Kunststoff, beispielsweise im Automobilbau oder im Bereich Luft- und Raumfahrt, werden mittels Lasergravur oder im Farbumschlagverfahren mit robusten und haltbaren Markierungen versehen. So werden nicht zuletzt die Rückverfolgbarkeit und Fälschungssicherheit gewährleistet. Als Beispiel sei der Einsatz eines 30-Watt-Faserlasers in einer automatischen Montagelinie in der ZF Friedrichshafen AG genannt. Dort werden Zweimassen-Schwungräder die mit einem DataMatrix-Code (DMC) markiert. Der lasermarkierte Code enthält unter anderem Serien- und Chargennummern, Produktionsdatum und weitere Informationen. Laser, Kamerasystem, Software und Handlingsystem sind in die Produktionslinie integriert, und sorgen so für eine hohe Produktivität und Qualitätskontrolle.

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