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Hochpräzisions-Laserbearbeitung Schweizer entwickeln Bearbeitung mit „Wasserlaser“ weiter

Autor / Redakteur: Klaus Vollrath / Peter Königsreuther

Das von Synova entwickelte, patentierte LMJ-Verfahren beruht – bildlich gesprochen – auf der Kombination von Feuer und Wasser. Ein haardünner Wasserstrahl kühlt und führt dabei den Laserstrahl...

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Der Angriff auf den Todesstern? Nein! Sondern mit ausgeklügelter Sensorik verbesserte Hochpräzisionsbearbeitung mit dem wasserstrahlgeführten Laser (LMJ-Verfahren), wie sie das Schweizer Unternehmen Synova geschafft hat.
Der Angriff auf den Todesstern? Nein! Sondern mit ausgeklügelter Sensorik verbesserte Hochpräzisionsbearbeitung mit dem wasserstrahlgeführten Laser (LMJ-Verfahren), wie sie das Schweizer Unternehmen Synova geschafft hat.
(Bild: Synova)

Die Kühlung durch das Wasser beim LMJ-Verfahren (Laser Microjet) verhindert die Beeinträchtigungen des zu bearbeitenden Werkstoffs. Gute Einsatzbereiche sind zum Beispiel die Feinmechanik, die Medizintechnik, die Uhrenherstellung, die Elektronik, die Werkzeugherstellung und die Luft- und Raumfahrt. Aktueller Entwicklungsschwerpunkt ist die Vollautomatisierung mit Blick auf Industrie 4.0.

Gravierender Unterschied zur üblichen Laserbearbeitung

„Der LMJ-Bearbeitungsprozess unterscheidet sich grundsätzlich von allen anderen Laserbearbeitungsverfahren auf dem Markt“, erläutert Dr. Amédée Zryd, Direktor Applikation/ F&E der Synova S.A. in Duillier (Schweiz).

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„Um die Lücke zu konventionellen Werkzeugmaschinen zu schließen, betreiben wir seit Jahren eine systematische Innovationsoffensive bezüglich unserer Anlagen“, erläutert Dr. Amédée Zryd, Direktor Applikation, F&E der Synova S.A. in Duillier (Schweiz).
„Um die Lücke zu konventionellen Werkzeugmaschinen zu schließen, betreiben wir seit Jahren eine systematische Innovationsoffensive bezüglich unserer Anlagen“, erläutert Dr. Amédée Zryd, Direktor Applikation, F&E der Synova S.A. in Duillier (Schweiz).
(Bild: Synova)

Das Besondere dieser Technik ist die Tatsache, dass die kurzen, aber energieintensiven Laserimpulse – statt durch eine Optik – über eine „optische Faser“ aus einem haarfeinen Wasserstrahl auf das Werkstück geleitet werden.

Das Besondere dieser Technik ist die Tatsache, dass die kurzen, aber energieintensiven Laserimpulse – statt durch eine Optik – über eine „optische Faser“ aus einem haarfeinen Wasserstrahl auf das Werkstück geleitet werden. Weil der Laser im Inneren des laminar strömenden und damit über Distanzen von bis zu 50 mm gleichbleibend dünnen Wasserstrahls durch Oberflächenreflexion fokussiert bleibt, sind sehr tief reichende Schnitte mit faktisch vertikalen und dabei sehr glatten Oberflächen machbar.

Arbeitsprinzip: Die Laserpulse werden durch eine Optik in den haarfeinen Wasserstrahl eingekoppelt und können diesen dann wegen der Reflexion an der Grenzfläche nicht mehr verlassen – quasi wie bei einer Glasfaser auch.
Arbeitsprinzip: Die Laserpulse werden durch eine Optik in den haarfeinen Wasserstrahl eingekoppelt und können diesen dann wegen der Reflexion an der Grenzfläche nicht mehr verlassen – quasi wie bei einer Glasfaser auch.
(Bild: Synova)

Die Bearbeitung erfolgt durch aufeinanderfolgende Durchläufe, wodurch die sich zunächst bildende Kerbe jeweils ein wenig vertieft wird, bis der Schnitt komplett durch das Material geht. Wegen des Wasserstrahls bleibt der LMJ-Laserstrahl über wesentlich größere Distanzen voll fokussiert als derjenige eines konventionellen Lasers.

Während der wassergeführte LMJ-Laser über eine größere Strecke fokussiert bleibt (rechts), sinkt die Intensität des konventionellen Laserstrahls hinter dem Fokuspunkt sehr schnell wieder ab, wie das Schaubild verdeutlichen soll.
Während der wassergeführte LMJ-Laser über eine größere Strecke fokussiert bleibt (rechts), sinkt die Intensität des konventionellen Laserstrahls hinter dem Fokuspunkt sehr schnell wieder ab, wie das Schaubild verdeutlichen soll.
(Bild: Synova)

Im Werkstück bewirken die Pulse wie bei Laserverfahren üblich das kurzzeitige Aufschmelzen winziger Materialmengen. Der mit einem Druck von 50 bis 800 bar auftreffende Wasserstrahl kühlt dabei das Werkstück mit hoher Effizienz, so dass es keine thermische Schädigung erleidet. Zudem sorgt er dafür, dass abgeschmolzene Partikel schnell und effizient aus dem Arbeitsbereich herausgespült und abtransportiert werden. Das Ergebnis sind saubere Oberflächen sowie Materialeigenschaften, die denen des unbearbeiteten Werkstoffs entsprechen. Die dünne „Wasserfaser“ gewährleistet extrem enge Schnittspalte von 25 bis 80 µm mit sehr geringer Flankenrauheit. Bearbeitbar sind Materialien wie Metalle, Hartmetalle, Mineralien Keramik, Halbleiter oder Verbundwerkstoffe. Die Härte spielt keine Rolle, im Gegenteil, der Laser kann gerade bei harten und superharten Werkstoffen bis hin zum Diamant seine Stärken ausspielen.

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