Laserschneiden Schneiden lackierter Bleche mit kurzgepulsten Lasern

Mit einem neuen Verfahren von Erlas können auch noch in bereits lackierte Bleche Ausschnitte mit flexiblen Geometrien von einem Laser eingebracht werden. Eine entsprechende Systemkonfiguration und Prozessführung verhindern, dass weder die Lackschicht noch ein unter dem Ausschnitt liegendes Blech dabei erkennbar beeinträchtigt werden.

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VdLB Verband deutscher Laseranwender - Blechbearbeitung e.V.

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ERLAS Erlanger Lasertechnik GmbH

Auf der Basis umfangreicher Untersuchungen stellt die Erlas Erlanger Lasertechnik GmbH ein Konzept vor, mit dem nach dem Lackieren Öffnungen in Blechteile geschnitten werden können. Potenziellen Anwendern erschließen sich damit völlig neue Möglichkeiten hinsichtlich der Gestaltung ihrer Prozessabläufe und daraus zu Kosteneinsparungen in signifikanten Größenordnungen.

So sinkt der Logistikaufwand alleine dadurch immens, dass eine bestimmte Variante erst direkt vor der Montage erzeugt wird. Mögliche Anwendungen sind in der Automobilfertigung zum Beispiel die Löcher für Dachreling und Antenne sowie spezielle Öffnungen im Schaltschrank-, Wannen- und Behälterbau.

Die Erlanger Laserspezialisten führten ihre Untersuchungen mit verschiedenen Strahlquellen an einem in der Automobilindustrie üblichen verzinkten, 0,8 mm dicken Stahlblech mit einem serienmäßigen dreistufigen Lackaufbau mit etwa 90 µm Dicke durch. Zur Anwendung kam ein neuartiges Trennverfahren, das im Gegensatz zu den klassischen Trennverfahren abtragend arbeitet, wofür allerdings leistungsstarke, kurzgepulste Lasersysteme nötig sind.

Die Strahlführung übernimmt ein Scannersystem, das neben flexiblen Ausschnittgeometrien wie Kreisen, Langlöchern oder Rechtecken zusätzliche Features wie Wobblen (eine überlagerte Kreiselbewegung des Laserstrahls um die Vorschubrichtung) bietet.

Neues Verfahren zum Laserschneiden erreicht hohe Qualität

Prof. Dr.-Ing. Peter Hoffmann, geschäftsführender Gesellschafter von Erlas, ist besonders auf die in den Grundlagenversuchen erreichte hohe Qualität stolz: „Bereits mit einer ersten Parameteroptimierung erzielen wir für den Serieneinsatz geeignete Werte: Die Bearbeitungszeit liegt bei 21 s für einen Lochdurchmesser von 20 mm und die Ergebnisse sind unabhängig von der Lackfarbe. Außerdem können wir weder einen Lackabbrand, Risse im Lack oder Lackdelaminationen erkennen, und auch eine Beeinträchtigung der Blechunterseite und des darunter liegenden Blechs ist nicht feststellbar.“

Die Schnittspaltweite ist dabei so gering, dass das Abfallteil trotz der vollständigen Durchtrennung zuverlässig im Blechteil bleibt und aktiv entfernt werden muss. Daraus resultiert der große Vorteil, dass der Verschnitt kontrolliert gehandhabt werden kann.

Dies prädestiniert das Verfahren für automatisierte Abläufe und die Bearbeitung von Hohlkammern oder Schneidanwendungen, deren eine Seite weder für die Verschnittentsorgung noch für Schneidwerkzeuge zugänglich ist.

Anlagenkonzepte zum Laserschneiden nach dem Lackieren bereits erstellt

Die erzielten Versuchsergebnisse hat das Systemhaus Erlas konsequent in Anlagenkonzepte umgesetzt. Schlüsselkomponente ist dabei der Bearbeitungskopf, welcher speziell auf die Prozessanforderungen abgestimmt wurde. Die flexible, abdichtende Anlagefläche des Bearbeitungskopfs zum Werkstück verhindert das Austreten von Laserstrahlung und stofflichen Emissionen.

Die Lasersicherheit ist somit lokal erfüllt und macht den Aufbau aufwändiger Laserschutzkabinen um das gesamte System unnötig. Die lokale Kapselung und die weitere Integration strömungsmechanischer Funktionen ermöglichen, dass sowohl die Schneidemissionen als auch der Verschnitt sicher entfernt werden können.

Laser-Bearbeitungskopf dank kompakter Bauweise leicht zugänglich

Die kompakte Bauweise stellt eine hohe Zugänglichkeit des Bearbeitungskopfs an dreidimensionalen Bauteilgeometrien sicher. Als Führungsmaschinen können sowohl Portal- als auch Knickarmroboter eingesetzt werden.

Das dargestellte Portal setzt zwei Strahlquellen ein, um die Gesamttaktzeit zu verkürzen. Die Strahlquellen sind dabei auf dem Portal installiert.

Ein zu bearbeitendes Werkstück, im Bild ein symbolisiertes Fahrzeug, wird beispielsweise auf einem Transportband unter das Portal gefahren, indexiert und arretiert. Ein Sensor misst die Lage der Referenzpunkte, woraufhin die Positionierung der Bearbeitungsköpfe gemäß der erfassten Messdaten erfolgt. Die Köpfe setzen auf der lackierten Blechoberfläche auf.

Weitere Sensoren stellen die Abdichtung und den korrekten Fokusabstand sicher und geben die Bearbeitung frei. Nach der Bearbeitung fahren die Köpfe zurück und das Fahrzeug wird zur nächsten Bearbeitungsposition bewegt.

Eine Alternative zur Portallösung stellt das Systemkonzept mit einem Sechsachsen-Gelenkarmroboter dar. Hier positioniert der Roboter den Bearbeitungskopf, der über einen Strahlführungsarm mit dem Laser verbunden ist.

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