Verbundwerkstoffe Wärmeeinfluss beim Laserschneiden auf Randbereiche begrenzt

Autor / Redakteur: Claus Emmelmann und André Goeke / Rüdiger Kroh

Auf der Basis neuer Laserstrahlquellen und moderner Handhabungssysteme wurde ein Laserstrahl-Schneidwerkzeug entwickelt und bei der Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen erprobt. Erste Ergebnisse zeigen, dass sich die Wärmeeinflusszonen an den Schneidkanten deutlich begrenzen lassen.

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Bild 1: Das neue Laserstrahl-Schneidwerkzeug kann die hohe 3D-Bewegungsfreiheit eines Industrieroboters voll nutzen.Bild: TUHH
Bild 1: Das neue Laserstrahl-Schneidwerkzeug kann die hohe 3D-Bewegungsfreiheit eines Industrieroboters voll nutzen.Bild: TUHH
( Archiv: Vogel Business Media )

Beim Trennen von metallischen Werkstoffen zählt das Laserstrahlschneiden seit etwa 1970 zum Stand der Technik. Bei Kohlefaser-Verbundkunststoffen hat es sich dagegen noch nicht durchgesetzt [1]. Verfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, wie etwa das Fräsen oder Bohren, gehören ebenfalls zum gesicherten Know-how [2]. Probleme gibt es bei diesen Technologien jedoch aufgrund des hohen abrasiven Werkzeugverschleißes und der niedrigen Bearbeitungsgeschwindigkeiten sowie der daraus resultierenden niedrigen Produktivität.

In den späten 1980er und frühen 1990er Jahren wurden verschiedene Untersuchungen zur Lasermaterialbearbeitung von Faser-Verbundwerkstoffen, wie etwa Glaserfaser-Verbundkunststoffen (GFK) oder Kohlefaser-Verbundkunststoffen (CFK), durchgeführt. Die zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Laserstrahlquellen führten zu nicht optimalen Ergebnissen. Seit dieser Zeit wurden auf dem Gebiet der Laserstrahlquellen große Fortschritte erzielt, zum Beispiel durch die Entwicklung diodengepumpter Festkörper- oder Faserlaser hoher Brillanz.

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Fräsen und Wasserstrahlschneiden weisen eingeschränkte 3D-Fähigkeit auf

Heute sind Verfahren mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide, wie etwa das Fräsen oder das Wasserstrahlschneiden, industriell etabliert. Diese Verfahren weisen nur eine geringe Produktivität und eine eingeschränkte 3D-Fähigkeit auf. In vorangegangenen Untersuchungen des Instituts für Laser- und Anlagensystemtechnik (iLAS) der TU Hamburg-Harburg (TUHH) sowie dessen industrieller Partner konnte das Laserstrahltrennen sein großes Anwendungspotenzial zur Bearbeitung von CFK-Bauteilen unter Beweis stellen, zum Beispiel bei der Bearbeitung von Bauteilen für den Flugzeugbau sowie den Sportgerätebereich [3].

Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden das Entfernen von herstellungsprozessbedingten Graten und die Konturbearbeitung von CFK-Bauteilen mittels eines Yb:YAG-Scheibenlasers sowie eines konventionellen Laserstrahl-Schneidwerkzeuges untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Bearbeitung mit hoher Produktivität bei gleichzeitig hoher Qualität möglich ist. Es wurde jedoch festgestellt, dass das konventionelle Laserstrahl-Schneidwerkzeug für diesen Anwendungsfall nicht geeignet war, so dass ein neues Werkzeugkonzept entwickelt werden musste.

(ID:282008)