Laserbearbeitung mit höchster Dynamik

Sie wollen die Fertigungszeit verkürzen, Kosten senken, Flexibilität erhöhen?

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt neueste Technologien auf dem Gebiet der Hochleistungs-Remote-Bearbeitung mit Laser und kann dadurch die Produktivität zahlreicher Fertigungsprozesse vervielfachen.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden präsentiert sich auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand Fertigungstechnik (Halle C2, Stand C2.350) auf der Laser-Messe (15. – 18.06.2009) in München. Besuchen Sie uns.

Mit den modernen leistungsfähigen Lasern hoher Brillanz könnten viele Materialien mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten getrennt oder gefügt werden als selbst hochdynamische Schneid- oder Schweißanlagen mit Lineardirektantrieben aufgrund der zu bewegenden Massen derzeit erreichen. Bei der Remote-Bearbeitung wird nur der fokussierte Laserstrahl mit Hilfe von leichten, schnell schwenkbaren Spiegeln einer Scanneroptik aus einer gewissen Entfernung entlang der Bearbeitungskontur auf der Bauteiloberfläche bewegt. Die Geschwindigkeit des Laserspots beträgt dabei einige Meter in der Sekunde, so dass komplizierte Formschnitte und Schweißnähte in wenigen Sekunden abgeschlossen sind.

Die Großfeld-Remote-Bearbeitung mit Faserlasern ermöglicht Arbeitsfeldgrößen im Quadratmeterbereich bei Spotdurchmessern kleiner 500 µm. Mit einem Bauvolumen von 0,65 x 0,45 x 0,3 m3 und einem Gewicht von unter 40 kg ist die Bearbeitungsoptik des IWS im Vergleich zu den bisherigen Großfeld-Remote-Systemen sehr kompakt und lässt sich als „stand-alone“-System betreiben oder problemlos an einen Roboter montieren und bewegen. Das Bearbeitungssystem ist mit Hilfe eines CAD/CAM-Tools programmierbar. Konturen können intuitiv und grafisch unterstützt auf dem Bauteil erzeugt und in ein Bearbeitungsprogramm umgesetzt werden. Das automatisch erzeugte Programm enthält sowohl Bahninformation als auch Technologieparameter, wodurch das System in kürzester Zeit einsatzbereit ist.

Weitere Info: Jahresbericht 2008, S. 51 und 39 (Anwendungsbeispiel)

Potenzielle Anwendungsgebiete der Großfeld-Remote-Bearbeitungsoptik sind das Laserstrahlschneiden und -schweißen aber auch die Kurzzeitwärmebehandlung großer Bauteilflächen. Einige Applikationsbeispiele, die bereits in die industrielle Fertigung überführt wurden oder kurz vor der Überführung stehen, werden im Folgenden vorgestellt.

Bei geringen Materialdicken, z. B. Metallfolie, sind mittels Remote-Bearbeitung auf der Kontur Geschwindigkeiten bis über 200 m min-1 erzielbar. Um bei derartigen Schneidgeschwindigkeiten die Handhabbarkeit der Schneidteile zu verbessern, bietet sich ein lösbarer Werkstoffverbund aus dem zu trennenden Metall und einem nichtmetallischen Träger an. Durch den Einsatz der Remote-Technologie beim Trennvorgang wird lediglich das metallische Material bearbeitet. Es wird über einen Verdampfungsmechanismus abgetragen. Das Trägermaterial bleibt unberührt. Die geschnittenen Teile und der Abfall werden ähnlich wie Aufkleber nach Bedarf vom Träger abgelöst. Dieses Verfahren nennt man „Kiss-Cutting“.

Weitere Info: Jahresbericht 2008, S. 48

Für komplexe Strukturen, beispielsweise Elektrobleche für Stator / Rotor-Pakete für elektrische Antriebe oder Generatoren, liegen die gemittelten Schneidgeschwindigkeiten beim Einsatz von Schneidanlagen mit Linearantrieben bei etwa 20 m min-1. Mittels Remote-Bearbeitung wurden Konturschnitte mit effektiven Schnittgeschwindigkeiten über 100 m min-1 erzeugt. Auf die den Prozess unterstützende Wirkung des Schneidgases kann dabei weitgehend verzichtet werden.

Weitere Info: Jahresbericht 2007, S. 46/47, Highlight-Broschüre S. 56

Bei der Remote-Bearbeitung von Airbag-Materialien wird die Ablenkbewegung des Laserstrahles zusätzlich mit einem kontinuierlichen Vorschub der Gewebebahn („on the fly“) und einer periodischen Pendelbewegung der Strahlablenkoptik kombiniert. Bis zu 2,5 m breite Gewebebahnen werden so bei Material-Durchlaufgeschwindigkeiten von bis zu 20 m min-1 mit Genauigkeiten von 0,5 mm geschnitten. Mit den drei in die Industrie überführten Systemen konnten Produktivitätssteigerungen von 50 – 90 % gegenüber dem bisherigen Mehrlagenschnitt nachgewiesen werden.

Weitere Info: Jahresbericht 2007, S. 45, Highlight-Broschüre S. 28/29

Für die Fertigung von Airbagschutzhüllen wurde ein neues Produktionsverfahren als Endlosprozess konzipiert, bei dem in einem Anlagendurchlauf aus dem ursprünglichen Vliesband fertige Airbagschutzhüllen entstehen. Der Laserschnitt der Außenkontur und der innen liegenden Schlitze und Laschen für die spätere Befestigung sowie das Fügen der Hülle zu einem Schlauch erfolgt mittels Remote-Bearbeitung bei kontinuierlichen Materialtransportgeschwindigkeiten von einigen Metern pro Sekunde.

Weitere Info: Jahresbericht 2008, S. 49

Die Remote-Bearbeitung kann auch bei vielen Schweißaufgaben vorteilhaft eingesetzt werden. Steppnähte, wie sie im Karosseriebereich häufig angewandt werden, sind zum Beispiel ein Einsatzfall. Bei konventionellen Handlingsystemen wird der überwiegende Anteil der Teiletaktzeit für die Zustellbewegung zwischen den kurzen Schweißnähten gebraucht. Durch die Remote-Bearbeitung kann diese Prozessnebenzeit wesentlich verkürzt werden.

Weitere Info: Jahresbericht 2007, S. 35, Highlight-Broschüre S. 26/27

Auf der Lasermesse in München (Halle C2, Stand 350) präsentiert das Fraunhofer IWS Dresden unterschiedliche Remote-Technologien zur Bearbeitung von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen. Am zentralen Exponat werden die Möglichkeiten „begreifbar“, die sich aus der Kombination einer schnellen Strahlablenkoptik mit begrenztem Arbeitsfeld und einer Bewegungsmaschine ergeben, wenn diese über innovative Softwarelösungen synchronisiert werden.

Sie sind herzlich eingeladen zum Pressegespräch, welches am 16. Juni 2009 um 11:00 Uhr auf dem Fraunhofer Gemeinschaftsstand Fertigungstechnik (Halle C2, Stand 350) stattfindet.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden
01277 Dresden, Winterbergstr. 28
Dipl.-Ing. Annett Klotzbach
Telefon: (0351) 25 83 235
Telefax: (0351) 25 83 300
E-mail: annett.klotzbach@iws.fraunhofer.de
Dr. Ralf Jäckel
Telefon: (0351) 25 83 444
Telefax: (0351) 25 83 300
E-mail: ralf.jaeckel@iws.fraunhofer.de