Lasertechnik Mit Lichtbündeln mehr als nur dünne Bleche bohren

Redakteur: Peter Königsreuther

Das Laserschneiden von Blech steht immer wieder vor Herausforderungen: Höhere Produktivität, kürzere Nebenzeiten, dickere Materialien sind nur einige davon. Neue Funktionen und eine zunehmende Automatisierung in vielen Bereichen machen die Maschinen fit für die Zukunft.

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Trumpf bietet mit den Trulaser-Anlagen ein breites Spektrum an 2D-Laserschneidanlagen. So wie die Trulaser-Serie 7000 für die Serien- und Massenfertigung.
Trumpf bietet mit den Trulaser-Anlagen ein breites Spektrum an 2D-Laserschneidanlagen. So wie die Trulaser-Serie 7000 für die Serien- und Massenfertigung.
(Bild: Trumpf)

Schon die alten Römer kannten das Problem: Bleche filigran zerschneiden zu müssen. Die Handwerker des ersten Jahrhunderts nutzten bei den nicht allzu dicken und harten Metallen Blechscheren, wie es sie auch heute noch in Werkstätten gibt. Erst Albert Einstein war es, der im Jahr 1917 die Theorie der stimulierten Emission entwickelte und damit die Grundlage für einen gänzlich neuen Ansatz lieferte: Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) oder kurz „Laser“. Sie sind aus der industriellen Blechbearbeitung nicht mehr wegzudenken. Doch die Anforderungen an moderne Maschinen werden immer umfangreicher, wie ein Blick auf das Unternehmen Trumpf zeigt: In den 30er-Jahren mit handgeführten Maschinen zur einfachen Blechbearbeitung groß geworden, sind es nun komplexe Fertigungsanlagen, die in Ditzingen ersonnen und gebaut werden.

Die Laseranlage kann an die Anforderung angepasst werden

Bei den aus vielen Elementen wie schnellen Bewegungseinheiten, Strahlführungen, Strahlquellen, Schneidköpfen, Softwaremodulen und Automatisierungskomponenten bestehenden Anlagen kommt es heute vor allem darauf an, Antworten auf die unterschiedlichen Anforderungen in den Fertigungsbetrieben zu geben. Auf den Wunschzetteln steht neben hohen Schneidgeschwindigkeiten, einer guten Schnittqualität meist auch, stabile Bearbeitungsprozesse zu leisten.

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Um flexibel auf unterschiedliche Anforderungen reagieren zu können, lassen heutige Anlagenmodelle die Wahl zwischen der Ausrüstung mit einem CO2- oder einem Festkörperlaser zu. Unterschiedliche Leistungsklassen sorgen für weitere individuelle Anpassungsmöglichkeiten an das Einsatzspektrum. Die Anforderungen von Blechbearbeitern sind von Unternehmen zu Unternehmen unterschiedlich. Es gibt nicht eine einzelne Maschine, die alle Einsatzfälle gleich wirtschaftlich abwickelt. Die Wahl der richtigen Maschine ist daher wichtig.

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Die Laserspezialisten unterstützen Anwender, in die richtige Anlage zu investieren

Anwender haben bei Trumpf eine große Auswahl an Maschinen, die auf unterschiedliche Einsatzanforderungen spezialisiert sind. Damit eine solche Investition sicher zum anvisierten Ziel führt und die Teilekosten so gering wie möglich werden. Egal, ob bei einer geplanten Klein- oder Großserie – eine gute Vorbereitung ist für den Erfolg unerlässlich.

Bei der endgültigen Entscheidung, ob die Anlage einen CO2- oder einen Festkörperlaser haben soll und welche weiteren Funktionen für die anstehenden Fertigungsaufgaben relevant sein können, leisten Hersteller-Experten Unterstützung. Die Trumpf-Spezialisten erklären dem Anwender die technischen Aspekte sowie die möglichen Vor- und Nachteile der jeweiligen Anlagen, um auf diese Weise die optimale Kombination herauszuarbeiten. Denn einzig und alleine die Anwendung entscheidet darüber, welche Laserschneidanlage am Ende die richtige ist.

Leistungsklassen für Lasermaschinen vereinfachen die Übersicht

So sind zum Beispiel die Maschinen aus der Trulaser-Serie von Trumpf derzeit in verschiedene Leistungsklassen aufgegliedert: Die Vorteile der Trulaser-Serie 1000 liegen in der vereinfachten Bedienung und den Anschaffungskosten. Sie ist für Kunden gedacht, die noch wenig Erfahrung im Laserschneiden haben oder sie für den Prototypenbau nutzen wollen. Die Serie 3000 umfasst die flexiblen Standardmaschinen, die leicht zu handhaben sind und eine robuste Konstruktion aufweisen. Als produktive Allroundtalente werden bei Trumpf die Maschinen der Trulaser-Serie 5000 am Markt platziert. Mit zwei Schneidköpfen und maximalen Achsgeschwindigkeiten von über 300 m/min ist die Serie 7000 für die Serien- und Massenfertigung von dünnen Blechteilen sowie für das hochproduktive Schneiden von Elektroblechen ausgelegt.

Das Besondere ist außerdem, dass Kunden aus diesen Serien zwischen CO2- und Festkörperlaser sowie unterschiedlichen Laserleistungen auswählen können. Eine Ausnahmestellung im Maschinenportfolio nimmt die Trulaser 8000 ein. Bei ihr handelt es sich um eine übergroße CO2-Anlage, mit der man Bleche bis 16.000 mm × 2500 mm bearbeiten kann. Die simultane Achsgeschwindigkeit erreicht einen Wert von über 300 m/min und sorgt trotz der großen Blechfläche für einen wirtschaftlich ablaufenden Schneidprozess.

Das Blechspektrum entscheidet über das Lasersystem

Auch bei der Wahl der Laserart kommt es auf die Anwendung an. Denn obwohl beide Laser inzwischen alle typischen Materialien und Blechstärken mit bestmöglicher Qualität schneiden können, gilt es zu prüfen, welche der Strahlquellen sich als die wirtschaftlichste erweist. Ein Entscheidungskriterium kann etwa der Anteil von Edelstahl ab mittlerer Blechdicke im Anwendungsspektrum des Kunden sein. Beide Laservarianten können in diesem Fall eine hohe Qualität erreichen, doch der CO2-Laser arbeitet deutlich schneller. Auf die Schnittmeterkosten bezogen, ist dieser damit das wirtschaftlichere Werkzeug, wenn der Anteil an dickerem Edelstahl relativ hoch ist. Zusätzlich erreicht der CO2-Laser hier mit der Option Brightline noch eine deutlich bessere Kantenqualität. Schneidet der Kunde aber viel Dünnblech, ist in der Regel der Festkörperlaser bezogen auf die Schnittmeterkosten die günstigere Wahl. Bei der Bearbeitung von Baustahl sind beide Technologien in etwa vergleichbar. Die Gesamtwirtschaftlichkeit eines 2D-Lasersystems wird allerdings noch durch weitere Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise die verschiedenen Möglichkeiten zur Automatisierung. Um das für den jeweiligen Kunden ideale System zu finden, sollten möglichst alle relevanten Entscheidungskriterien berücksichtigt werden.

Für Unternehmen mit eher außergewöhnlichen Wünschen und Anforderungen kommen weitere Faktoren hinzu. So ist für die Bearbeitung von Buntmetallen wie Kupfer oder Messing der Festkörperlaser besser geeignet. Auch der Anschluss an das Trumpf-Laser-Network, in dem sich beispielsweise eine 2D-Lasermaschine und eine Schweißzelle einen Laser teilen, ist nur mit dem Festkörperlaser möglich. Für die Bearbeitung von Edelstahl ab 25 bis 50 mm ist dafür der CO2-Laser der Spezialist.

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Anwender haben bei Trumpf eine große Auswahl an Maschinen, die auf unterschiedliche Einsatzanforderungen spezialisiert sind. Damit eine solche Investition sicher zum anvisierten Ziel führt und die Teilekosten so gering wie möglich werden. Egal, ob bei einer geplanten Klein- oder Großserie – eine gute Vorbereitung ist für den Erfolg unerlässlich.

Bei der endgültigen Entscheidung, ob die Anlage einen CO2- oder einen Festkörperlaser haben soll und welche weiteren Funktionen für die anstehenden Fertigungsaufgaben relevant sein können, leisten Hersteller-Experten Unterstützung. Die Trumpf-Spezialisten erklären dem Anwender die technischen Aspekte sowie die möglichen Vor- und Nachteile der jeweiligen Anlagen, um auf diese Weise die optimale Kombination herauszuarbeiten. Denn einzig und alleine die Anwendung entscheidet darüber, welche Laserschneidanlage am Ende die richtige ist.

Optionale Zusatzfeatures für Lasermaschinen maximieren die Qualität

Um das Beste aus seinen Maschinen herauszuholen, erarbeitet Trumpf vielerlei Features, die etwa die Prozesssicherheit, Produktivität oder Qualität noch weiter erhöhen. So gelang die Entwicklung der Funktion Brightline und Brightline fiber. Bei CO2-Lasern verwandelt Brightline die ohnehin guten Schnittkanten bei Edelstahl in nahezu spiegelblanke Oberflächen. Brightline fiber sorgt dagegen für eine regelrechte Revolution beim FKL-Schneiden, wie die Ditzinger betonen: Sie schneidet Baustahl, Aluminium und Edelstahl von 1 bis 25 mm Dicke und hoch reflektierende Metalle wie Kupfer und Messing mit 1 bis 10 mm Blechdicke. Alle Bestandteile einer Demokugel (siehe Bild auf dieser Seite) wurden auf einer so ausgerüsteten Festkörperlasermaschine gefertigt – ein Beispiel für die Anwendungsflexibilität der 2D-Festkörperlaser-Schneidanlagen aus der Trulaser-fiber-Reihe, die so zu echten Universalmaschinen avancieren.

Auch die CO2-Laser entwickeln sich weiter: So schafften es die Trumpf-Ingenieure mit dem Truflow-System, den Stromverbrauch der Anlagen um 30 % zu reduzieren. Das Unternehmen bietet nun den weltweit sparsamsten CO2-Laser. Was den Mehrschichtbetrieb und eine gute Prozessstabilität anbelangt, bietet Trumpf beispielsweise die sogenannte Smart-Nozzle-Automation an, um im mannlosen Betrieb ein Maximum an Prozesssicherheit zu garantieren.

Funktioneller Düsenwechsler mit Kamera im Laser erkennt Verschleiß

Weil gute Schneidergebnisse vom optimalen Zustand der Düse und der Linse abhängen, haben sich die Ditzinger darüber Gedanken gemacht, wie beide Komponenten überwachbar sind, um stets die einwandfreie Funktion der gesamten Anlage zu gewährleisten. Mit dem Paket Smart-Nozzle-Automation wurden vier Funktionen miteinander kombiniert: Ein automatischer Düsenwechsler ersetzt oder tauscht Schneiddüsen selbsttätig und reduziert die Nebenzeiten, indem er die neue Düse aus einem Magazin entnimmt und ohne Bedienereingriff dem Schneidkopf zuführt. Der Düsenwechsler ist außerdem mit einer Kamera ausgerüstet, die in der Lage ist, die Düse auf ihren Zustand hin zu überprüfen. Das erhaltene Bild dient zum schnellen Qualitätscheck und ist auf der Bedienoberfläche der Steuerung sichtbar. Anhand dessen kann der Bediener sofort sehen, ob ein Düsenwechsel fällig ist. Prüfung und Wechsel können auch völlig automatisch erfolgen. Mit der dritten Funktion, der automatischen Strahlausrichtung, wird der Laserstrahl stets optimal zentriert, um Produktionsfehler zu vermeiden.

Mit der Funktion Lensline mit Zustandsprüfung wird auch die Linse des Lasersystems überprüft. Lensline erkennt, ob diese gereinigt oder ersetzt werden muss. So generiert die Funktion regelmäßige Reinigungszyklen oder den rechtzeitigen Wechsel dieser Komponente, um Produktionsausfälle und vorzeitige Schäden der Linse zu vermeiden, was das Schneiden prozesssicherer macht. In Verbindung mit der 1-Schneidkopf-Strategie arbeitet die Maschine so mit der Smart-Nozzle-Automation auch ohne Bedienereingriffe voll flexibel durch die Nachtschicht.

Spiegelschneidköpfe reduzieren den Reinigungsaufwand deutlich

Es gibt außerdem noch die Möglichkeit, Anlagen der Serie 5000 mit einem Spiegelschneidkopf zu bestücken, der eine Linse überflüssig macht. Der Reinigungsaufwand wird um 90 % reduziert, Verschmutzungen machen dem Schneidkopf nichts aus und Bearbeitungsaufgaben, die nicht zu den üblichen Standardaktionen zählen, verlieren an Risiko. Mit einem Wattepad kann der Spiegel in wenigen Minuten gesäubert werden und die Einstellung der Mittigkeit (Tapeshot) entfällt.

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Anwender haben bei Trumpf eine große Auswahl an Maschinen, die auf unterschiedliche Einsatzanforderungen spezialisiert sind. Damit eine solche Investition sicher zum anvisierten Ziel führt und die Teilekosten so gering wie möglich werden. Egal, ob bei einer geplanten Klein- oder Großserie – eine gute Vorbereitung ist für den Erfolg unerlässlich.

Bei der endgültigen Entscheidung, ob die Anlage einen CO2- oder einen Festkörperlaser haben soll und welche weiteren Funktionen für die anstehenden Fertigungsaufgaben relevant sein können, leisten Hersteller-Experten Unterstützung. Die Trumpf-Spezialisten erklären dem Anwender die technischen Aspekte sowie die möglichen Vor- und Nachteile der jeweiligen Anlagen, um auf diese Weise die optimale Kombination herauszuarbeiten. Denn einzig und alleine die Anwendung entscheidet darüber, welche Laserschneidanlage am Ende die richtige ist.

Wenn es bei dicken Baustahlblechen darum geht, Konturen feiner zu schneiden, Teile enger zu schachteln, und das auch noch mit höherer Prozesssicherheit, dann ist die Funktion Coolline, durch die das Werkstück während des Schneidens gekühlt wird, die Lösung des Problems. Spezielle Düsen am Schneidkopf bilden einen feinen Wassernebel rund um den Laserstrahl. Die Temperatur im Werkstück bleibt konstant und das steigert die Präzision und ermöglicht engere Stege. Während die Trulaser-Serie 1000 komplett auf manuelle Be- und Entladeprozesse ausgerichtet ist, stehen für die anderen Serien Automatisierungsanlagen bereit, um das 2D-Laserschneiden noch effizienter und produktiver zu machen. So gibt es für fast alle Maschinen den kompakten Loadmaster, der die Maschinen mit Rohblechen bestückt, indem er mittels Vakuumsaugern die Bleche von der Beladestation dem Palettenwechsler übergibt. Die Entnahme erfolgt weiter von Hand. Der als bedienerfreundlich geltende Liftmaster kann die Anlagen be- und entladen. Er kann verschieden konfiguriert werden und ein System von Tragsaugern und Rechenzinken erlaubt einen sehr flexiblen Einsatz. Der Liftmaster kann in fünf weiteren Varianten erworben werden, die Sortierfunktionen beinhalten, mehrere Maschinen gleichzeitig versorgen oder eine direkte Verbindung zwischen Laserschneidanlage und Lagersystem herstellen.

Die Laserschneidanlagen können auch dreidimensional arbeiten

Mit dem System Rotolas kann eine für die Blechbearbeitung gedachte CO2- oder Festkörperlaser-Schneidmaschine auch für die Rohr- und Profilbearbeitung genutzt werden. Ein flexibles Auflegersystem führt die Werkstücke während des Prozesses sicher in der Anlage. Das Programmierungs-Tool Trutops Tube unterstützt die Maschine dabei, die Schneidgeschwindigkeit und die Verfahrbewegung der Z-Achse präzise einzuhalten. So können Ecken von Vierkantrohren ohne Konturfehler geschnitten und komplex geformte Durchdringungen oder Geometrien sicher ausgeführt werden.

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Die Laserspezialisten unterstützen Anwender, in die richtige Anlage zu investieren

Anwender haben bei Trumpf eine große Auswahl an Maschinen, die auf unterschiedliche Einsatzanforderungen spezialisiert sind. Damit eine solche Investition sicher zum anvisierten Ziel führt und die Teilekosten so gering wie möglich werden. Egal, ob bei einer geplanten Klein- oder Großserie – eine gute Vorbereitung ist für den Erfolg unerlässlich.

Bei der endgültigen Entscheidung, ob die Anlage einen CO2- oder einen Festkörperlaser haben soll und welche weiteren Funktionen für die anstehenden Fertigungsaufgaben relevant sein können, leisten Hersteller-Experten Unterstützung. Die Trumpf-Spezialisten erklären dem Anwender die technischen Aspekte sowie die möglichen Vor- und Nachteile der jeweiligen Anlagen, um auf diese Weise die optimale Kombination herauszuarbeiten. Denn einzig und alleine die Anwendung entscheidet darüber, welche Laserschneidanlage am Ende die richtige ist.

Neben dem 2D-Schneiden entdecken immer mehr Anwender jedoch die Möglichkeiten der 3D-Bearbeitung via Laserstrahl. Hier sind es Fünf-Achs-Maschinen, die Werkstücke mittels dreidimensionaler Bearbeitung schneiden oder schweißen: Tiefzieh-, Biege-, Hydroform- oder Gussteile sowie warmumgeformte Bleche, Rohre oder Profile. Auch hier bietet Trumpf verschiedene Maschinenkonzepte und -ausstattungsoptionen im Portfolio an, die je nach Einsatzart auf diverse Materialien, Bauteildimensionen und Losgrößen abgestimmt sind. Im Lasernetzwerk können Maschinen zum 3D-Schweißen und -Schneiden mittels Festkörperlaser auch an bereits installierte Laseranlagen angebunden werden. Der Laser wird den Stationen dabei im sogenannten Time-Sharing-Betrieb abwechselnd zur Verfügung gestellt.

So zeigt sich, dass auch der Quantensprung, der mit der noch vergleichsweise jungen Technologie des Laserschneidens in den Achtzigerjahren gelungen ist, noch lange nicht am Ende seiner Entwicklung steht. Am Ende jedoch bleibt die Faszination, zu welchen Leistungen gebündeltes Licht in der Lage ist.

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Meilenstein-Serie Lasertechnik
Lesen Sie hier den Auftakt-Artikel unserer Meilenstein-Serie zum Thema Lasertechnik

Serienteil 1: Mit eigenen Strahlquellen zum führenden Laserspezialisten

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