Laserschweißen Richtige Spanntechnik macht Laserschweißen bei kleinen Losgrößen wirtschaftlich

Redakteur: Stéphane Itasse

Das Fügen von Metallen mittels Lasertechnik setzt sich mittlerweile in vielen Bereichen durch, ob Mikro- oder Makrobearbeitung. Doch die spannende Frage, die sich viele Fertigungsunternehmen stellen müssen, ist die nach der Wirtschaftlichkeit bei kleinen Losgrößen.

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Die Lasys 2014 verspricht zahlreiche Neuheiten, wie die Laserbearbeitungsmaschine LS 55P von Sitec mit automatisierter Rohrzuführung zur Herstellung medizinischer Instrumente.
Die Lasys 2014 verspricht zahlreiche Neuheiten, wie die Laserbearbeitungsmaschine LS 55P von Sitec mit automatisierter Rohrzuführung zur Herstellung medizinischer Instrumente.
(Bild: Lasys)

Denn der Trend nach steigender Variantenvielfalt und individuellen Produkten zeichnet sich immer stärker ab. Antworten auf diese Frage verspricht der Messeveranstalter den Besuchern der Lasys 2014 vom 24. bis 26. Juni in Stuttgart.

Aussteller und Forscher teilen ihre Erfahrungen beim Laserschweißen

Es sollem unter anderem namhafte Aussteller und Forschungsinstitute vertreten sein, die Erfahrung im Laserschweißen von Metallen mitbringen und genau die Herausforderungen auf diesem Gebiet kennen – stellvertretend hier einige Ausstellerstimmen aus der Pressemitteilung: „Um die Vorzüge des Laserschweißens wie hohe Produktivität und Qualität voll ausschöpfen zu können“, so Richard Petersen, Vertriebsleiter von Weil Engineering, „ist es notwendig, die Bauteilkonstruktion den Bedürfnissen des Lasers anzupassen. Man spricht hier von der ‚lasergerechten Konstruktion‘.“ Weitere wesentliche Aspekte sieht der Fachmann in den Füge-/Stoßformen sowie in der Werkstoffauswahl. „Als große Herausforderung für das Laserschweißen gilt eine hohe Pass- und Lagegenauigkeit des Werkstücks zum Laserstrahl“, so die Erfahrung von Tommy Lindner, Produktmanager bei Laservorm. Diese Aufgabe löse das Unternehmen mit der eigens entwickelten programmierbaren Strahlqualität.

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In die gleiche Richtung weist Jens Hahn, Produktmanager für Laseranlagen bei Sitec Industrietechnologie, der laut Mitteilung ebenso eine besondere Herausforderung in der Gewährleistung einer reproduzierbaren Positioniergenauigkeit des Laserstrahls zur Fügestelle sieht: „Speziell beim Einsatz hochbrillanter Laserstrahlquellen ist das Zusammenspiel von hochgenauer Mechanik, kombiniert mit in Echtzeit agierenden Qualitätsüberwachungssystemen ein Garant für hohe Stückzahlen bei konstanter Fertigungsqualität.“ Insbesondere bei schwer schweißbaren Metallen, die zu Rissanfälligkeit neigten, bestünde dem Experten zufolge die Notwendigkeit, durch eine intelligente Prozessführung und Prozessüberwachung die Qualität beim Laserschweißen zu sichern.

Rüstzeiten sind beim Laserschweißen kleiner Losgrößen wichtig

„Besonders bei kleinen Losgrößen spielen die Rüstzeiten eine wichtige Rolle“, berichtet Lindner. Für die hohen Prozessgeschwindigkeiten sei eine CNC-Bearbeitung fast unerlässlich: „Die Vorrichtung beziehungsweise der Bearbeitungstisch muss eine schnelle Bauteilentnahme und -beschickung gewährleisten, damit die automatisierten und schnellen Prozesse optimal genutzt werden.“ Dem könne sich der Vertriebsleiter von Weil Engineering nur anschließen: „Das Laserschweißen hat sich für kleine Losgrößen etabliert. Notwendig hierzu ist eine intelligente Spanntechnik, die sowohl in ihrer Flexibilität als auch in Bezug auf Umrüstzeit und Kosten diesen Anforderungen gerecht wird.

Und auch Dr. Siegfried Pause, Geschäftsführer von LLT Applikation, habe erfahren: „Laserschweißen auf CNC-gesteuerten Maschinen lohnt sich bereits bei sehr kleinen Stückzahlen, da die Schweißgeometrie durch ein NC-Programm erzeugt wird. Darüber hinaus ist das Verfahren außerordentlich flexibel bezüglich der Wahl der Schweißparameter und der zu fügenden Werkstoffpaarungen.“ Spezielle Anforderungen an die Fügepartner ergäben sich Pause zufolge bezüglich der Nahtvorbereitung – etwa keinen oder einen möglichst geringen Spalt, da häufig ohne Zusatzmaterial geschweißt wird.

Laserschweißen lohnt sich für immer mehr Anwendungen

Sitec-Produktmanager Jens Hahn nenne weitere Argumente, warum sich Laserschweißen immer mehr lohnt: „Das Werkzeug Laser ist zum einen sehr flexibel einsetzbar und arbeitet berührungslos. Zum anderen hat sich das Investitionsvolumen von Laserstrahlquellen in den letzten Jahren immer mehr minimiert.“ Außerdem seien manche Aufgaben überhaupt erst durch den Laser realisierbar. Und Kosten ließen sich auch einsparen denn: „Beim Laserschweißen wird ein geringer Verzug und Wärmeeintrag garantiert. Durch die optisch ansprechenden hochpräzisen Schweißnähte fällt der Nachbearbeitungsaufwand sehr gering aus “, erklärt Produktmanager Lindner von Laservorm und nennt als typische Aufgabe für die Lasermaterialbearbeitung das Membraneinschweißen bei Sensorbauteilen in der Feinwerktechnik.

„Mit dem Laserschweißverfahren beim Fügen von Kleinteilen etwa in der Uhrenindustrie, der Medizintechnik, der Mikrosystemtechnik und anderen Branchen wurden teilweise völlig neue Dimensionen erreicht“, meint Pause. Ihm zufolge würden sich mit dem Singelmode-Faserlaser heute Schweißnahtbreiten von kleiner 100 µm realisieren lassen, so dass auch sehr kleine und verzugsgefährdete Teile mit dem Laser erfolgreich geschweißt werden könnten. Ein Beispiel sei das Schweißen von Uhrenzahnrädern.

Eigens entwickelte Maschinenkonzepte für das Laser-Präzisions- und Mikroschweißen

LLT Applikation biete für das Laser-Präzisions- und Mikroschweißen eigens entwickelte Maschinenkonzepte an, wie die EWS 200 mit Fanuc-Steuerung und bis zu fünf Achsen. In die Maschine könnten verschiedene Laserstrahlquellen mit Faserkopplung, vorzugsweise aber Faserlaser, integriert werden.

Der Lasys-Aussteller Weil Engineering habe unter anderem für die Kurzrohrfertigung Anlagenkonzepte entwickelt, die heute in der Lage seien, eine auftragsbezogene Fertigung wirtschaftlich sicherzustellen. Flexi- und der Ecostar seien hier die Vertreter für die automatisierte Fertigung mit integrierter Runde- und Schweißtechnik, und der Flexmaster diene als reine Schweißmaschine für die Stand-alone-Bearbeitung. Anwendungen hierzu fänden sich in der Heizung-Lüftung-Klima-Branche und Automobilzulieferindustrie.

Nutzung von Lasermaschinen im eigenen Unternehmen schärft den Blick

Technische Entwicklung sei ein wichtiger Bestandteil bei Laservorm. „Mit dem Vorteil, die entwickelten Maschinen auch im hauseigenen Jobshop zu nutzen“, sagt Lindner, „schärfen wir den Blick für Weiterentwicklungen, welche die Arbeitsabläufe qualitativ steigern und beschleunigen.“

Im Live-Offset-Modus habe der Werker Eingriffsmöglichkeiten auf den Programmablauf, die über die Möglichkeiten einer normalen CNC hinausgingen. „Zukünftig werden klassische Bewegungsachsen und optische Scanner in die NC-Lösung integriert“, verrät der Fachmann und berichtet weiter: „Somit erweitern sich die Möglichkeiten der programmierbaren Strahlqualität. Bei Laservorm arbeiten wir bereits erfolgreich mit dieser Technologie und können auf die wachsende Nachfrage nach additiven Fertigungsprozessen reagieren.“

Sitec Industrietechnologie konzentriere sich auf prozesssichere Gesamtsysteme zur Lasermaterialbearbeitung. Die Produktpalette reiche dabei von Laserbearbeitungszentren der Baureihe LS als Stand-alone-System bis zum automatisierten System über Lasersonderanlagen und der Fertigung von Klein- bis Großserien. Zudem unterstütze der Lasys-Aussteller den Anwender bei der Technologie- und Prozessentwicklung zum Laserschweißen, Laserschneiden, Laserhärten und Laserstrukturieren sowie zur Prototypenfertigung. Auch gebe es einen eigenen Vorrichtungsbau.

Lasys informiert auch über Perspektiven und Trends beim Laserschweißen

Auch über Zukunftsperspektiven und Trends gibt es auf der Lasys 2014 eine ganze Menge zu erfahren, wie die Messe Stuttgart verspricht. Was das Laserschweißen für Präzisions- und Mikroteile angeht, sehe LLT-Geschäftsführer Pause den Trend hin zu immer kleineren Bauteildimensionen in Verbindung mit der Optimierung der Prozesse etwa durch spezielle Strahlformungsoptiken oder spezielle Pulssteuerungen: „Und ein Feld für weitere Entwicklung sind Systeme zur Online-Überwachung des Schweißprozesses – zunehmend auch mit Rückkopplung auf die Ansteuerung der Laserparameter und der Vorschubsteuerung.“

„Auch der ‚kalte Abtrag‘ mit Ultrakurzpulslasern findet immer mehr Anwendungen in der Mikrobearbeitung“, ergänzt Sitec-Produktmanager Jens Hahn. Ihm zufolge hätten Direktdiodenlaser beständig die Strahlqualität verbessert und würden durch ihre Robustheit als effizientes Laserwerkzeug wieder attraktiv. Er ergänzt: „Ein weiterer Trend liegt in der Zunahme an Remote-Anwendungen, so dass Laserschweiß- und Laserschneidprozesse mit hochbrillanten Laserstrahlquellen stärker gefragt sind.“

Werkstoff Blech wird in der Konstruktion stärker berücksichtigt

Im Makrobearbeitungsbereich habe Weil-Vertriebsleiter Petersen beobachten können, dass der Trend, den Werkstoff Blech verstärkt in der Konstruktion zu berücksichtigen, anhält: „Damit verbindet sich die Vereinfachung von Bauteilen. Der Vorteil besteht darin, dass eine dem Belastungsfall angepasste Werkstoffwahl in Form von Materialdicke oder Werkstoffgüte – auch im Mix, getroffen werden kann. Diese ist verbunden mit einer wirtschaftlichen Herstellung solcher Blechbaugruppen durch Umformung und Laserschweißen.“

Die Aussteller der Lasys 2014 sowie Experten von namhaften Laser-Forschungsinstituten können die Wirtschaftlichkeit der Lasertechnik durch ihre Erfahrungen belegen und werden das auch innerhalb des exzellenten Rahmenprogramms, parallellaufend zur Lasys, in zahlreichen Veranstaltungen und Vorträgen sowie im Beratungszentrum Solution Center „meet the experts“ bestätigen, wie es heißt. Es sei für Jeden etwas dabei, ob Einsteiger oder fortgeschrittener Laserexperte/-anwender.

Parallel zur Lasys 2014 fänden auf dem Stuttgarter Messegelände weitere Veranstaltungen statt: die Automotive Shows Engineexpo, Vehicle Dynamics Convention, Global Automotive Components and Suppliers Expo, Automotive Testing Expo, Automotive Interiors Expo. Außerdem: die O&S, internationale Fachmesse für Oberflächen und Schichten sowie die Parts2clean, internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung.

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