Werkzeug Laser - Leseprobe Kapitel 4-1

Im Prinzip sind alle gleich
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Scannerschweißen mit dem Laser: Hier wirkt der Laserstrahl als
thermisches Werkzeug.
Geballte Energie Laserlicht lässt sich sehr gut fokussieren. Beispiel: Die
Leistung eines CO2- Lasers mit 2,6 Kilowatt kann auf einen Brennfleck mit
0,15 Millimeter Durchmesser gebündelt werden. Die mittlere Leistungsdichte beträgt dann 15 Megawatt pro Quadratzentimeter. Zum Vergleich:
Eine Kochplatte mit 1 Kilowatt Leistung und 15 Zentimeter Durchmesser
hat eine mittlere Leistungsdichte von 5,6 Watt pro Quadratzentimeter.
Die Leistungsdichte des Lasers ist rund 2,7 Millionen Mal höher.
LASER TRIFFT WERKSTÜCK
lässt es sich bearbeiten. Ein Beispiel: Kupfer lässt sich
der Bearbeitungsprozess. Das bedeutet: Erst wenn eine
Alle Verfahren beginnen gleich: Der Laserstrahl trifft auf das
schlechter schweißen als Stahl, weil es einen geringen Ab-
bestimmte Energiemenge überschritten wird, beginnt der
Werkstück. Dann setzt der Bearbeitungsprozess ein, und
sorptionsgrad und gleichzeitig eine hohe Wärmeleitfähigkeit
gewünschte Prozess. Man spricht in diesem Zusammenhang
schon sind Unterschiede da: In einer Maschine erzeugt der
hat. Es nimmt wenig Energie auf und leitet diese schnell ab.
von Bearbeitungsschwellen.
Als thermisches Werkzeug kann der Laserstrahl Material
zum Kochen zu bringen, dauert einige Minuten. Bis das Was-
Jeder kennt das aus dem Alltag: Einen Topf voll Wasser
Laserstrahl eine Bohrung in der Turbinenschaufel eines Flugzeuges. In einer anderen schreibt er Informationen auf eine
elektrische Zahnbürste. In der Flachbett-Laserschneidanlage
schneidet der Laserstrahl ein Sägeblatt aus.
Jedes Verfahren beruht auf der Wechselwirkung zwischen
Laserstrahl und Werkstück. Was während der Bearbeitung
geschieht, bestimmen die Eigenschaften des Werkstückes
Alle Verfahren beginnen gleich: Der Laserstrahl trifft auf das Werkstück.
und die Eigenschaften des Laserstrahls.
•
erwärmen, zum Härten oder Löten,
•
schmelzen, zum Schneiden oder Schweißen,
•
verdampfen oder zersetzen, zum Bohren
oder Strukturieren und
•
ionisieren, das heißt Plasma erzeugen,
zum Beispiel beim Tiefschweißen.
Im Werkstück | Das Werkstück absorbiert einen Teil des
Was im Werkstück geschieht, hängt vom Werkstoff ab. Metalle
ser im Topf vollständig verdampft ist, dauert es wesentlich
länger. Das liegt daran, dass zum Verdampfen sehr viel mehr
Energie benötigt wird als zum Erhitzen. Mit 4,2 Joule lässt
sich ein Gramm Wasser um ein Grad erwärmen. Es braucht
aber 2 256 Joule, um ein Gramm 100 Grad Celsius heißes
Wasser in 100 Grad heißen Dampf zu verwandeln.
In der Materialbearbeitung muss der Laserstrahl die benötigte Energie für den Bearbeitungsprozess mitbringen.
Laserstrahls und reflektiert einen zweiten Teil. Ein weiterer
kann der Laser in alle oben genannten Aggregatszustände
Physikalisch ausgedrückt ist Energie Leistung mal Zeit, also
Teil durchdringt das Werkstück ohne Wechselwirkung (Trans-
versetzen. Einige Kunststoffe bilden dagegen keine Schmelze
die Leistung des Laserstrahls, die über einen Zeitraum auf
mission). Das Verhältnis von Absorption, Reflexion und Trans-
und keinen Dampf, sondern zersetzen sich, wenn sie stark
das Werkstück einwirkt. Meist soll dieses nur lokal bearbeitet
mission ändert sich von Werkstoff zu Werkstoff. Bei Metallen
erhitzt werden. Organische Stoffe wie Holz reagieren bei
werden. Die Leistung wird auf einer kleinen Fläche benötigt.
gibt es beispielsweise keine Transmission.
hohen Temperaturen mit Sauerstoff und verbrennen.
Entscheidend ist der Absorptionsgrad: Er hängt von der
Bei Verfahren wie dem Strukturieren oder Abtragen in
Wellenlänge, der Polarisation und dem Auftreffwinkel des
Metallen soll möglichst wenig Schmelze erzeugt werden. In
Laserstrahls ab sowie von Werkstoff, Temperatur, Aggregats-
diesem Fall wird so viel Energie ins Material eingekoppelt,
zustand, Geometrie und Oberfläche des Werkstückes. Je
dass es sofort verdampft. Dieser Vorgang heißt Sublimieren.
höher der Absorptionsgrad ist, desto mehr Energie gelangt
Direkte Dissoziation oder Photodissoziation lautet ein
in das Werkstück und steht dann für die Bearbeitung zur Ver-
Stichwort für die Mikrobearbeitung mit dem Laser. Dabei löst
fügung. Fachleute sprechen vom Einkoppeln der Energie.
der Laserstrahl die Bindung zwischen Atomen und Molekülen
Die eingekoppelte Energie erwärmt das Material. Dabei
im Material direkt, ohne Wärme zu erzeugen. Dies ermög-
gilt es, an der Bearbeitungsstelle mehr Wärme zu erzeugen,
licht filigrane, präzise Bearbeitungen – ohne Verzug und ohne
als durch Wärmeleitung an das umgebende Material abflie-
Rückstände wie Spritzer oder Schmelzablagerungen.
ßen kann (Wärmestau). Die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs
beeinflusst den Bearbeitungsprozess folglich sehr stark. Je
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108 |
Was Laser können – Im Prinzip sind alle gleich
Leistungsdichte und Einwirkzeit | Je weiter der Aggre-
geringer sie ist, desto stärker kann das Werkstück auch mit
gatszustand des Werkstoffs während der Bearbeitung vom
niedrigen Leistungen lokal erwärmt werden und desto leichter
Ausgangszustand entfernt ist, desto mehr Energie erfordert
Jedes Verfahren erfordert bestimmte Leistungsdichten und Einwirkzeiten.
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Von fest nach gasförmig Beim Bohren oder Strukturieren macht der
Laser feste Stoffe gasförmig, ohne sie zu schmelzen. Dieser Vorgang nennt
sich Sublimieren. Jeder, der nasse Wäsche bei Minusgraden im Freien
aufhängt, kann diesen Vorgang beobachten: Die Wäsche gefriert zunächst.
Das Wasser ist fest. Nach einiger Zeit ist die Wäsche trocken. Warum?
Das Eis geht direkt in den gasförmigen Zustand über, ohne davor zu
schmelzen. Es sublimiert.
1
VIELE VERFAHREN, VIELE VORTEILE
Die Leistung pro Fläche ist die Leistungsdichte. Leistungs-
Laser sind flexibel und liefern hohe Qualität. Das zeigen diese lasergeschnittenen Blechteile mit Dicken zwischen 2 und 20 Millimetern.
Warum Laser? | Manchmal bieten Laserverfahren konkur-
Laserbearbeitung stehen hohe Investitionskosten gegenüber:
dichte und Einwirkzeit bestimmen, welche Energie pro Fläche
In der Materialbearbeitung haben sich viele Laserverfahren
renzlose Lösungen. So eine Lösung ist das Einschweißen der
Das Lasergerät und die zugehörige Anlage kosten mehr als
in das Werkstück eingekoppelt wird. Diese beiden Parameter
etabliert. Sie lassen sich in drei Kategorien einteilen. Erstens:
Sollbruchmembran im Airbag: Auf der einen Seite der Memb-
konventionelle Maschinen. Diesen Nachteil gleicht der Laser
machen den Unterschied zwischen Bohren und Schweißen,
Die Materialmenge bleibt unverändert; das Material wird ge-
ran befindet sich Sprengstoff. Dieser darf sich beim Schweißen
mit folgenden Stärken aus:
schmolzen oder in seiner Struktur verändert. Beispiele sind
nicht entzünden. Die Frage „Warum Laser?“ ist in diesem Fall
Schweißen und Beschriften durch Farbumschlag. Zweitens:
schnell beantwortet: Es geht nicht anders. Nur der Laser kann
kussierung steuern. Höhere Leistungen und kleinere Fokusse
Material wird entfernt. Beispiele sind Trennen, Abtragen und
die Energie so gezielt auf kleinste Flächen einbringen, dass
erzeugen höhere Leistungsdichten. Die Einwirkzeit lässt sich
Strukturieren. Drittens: Die Materialmenge wird vermehrt,
der umgebende Werkstoff nahezu kalt bleibt.
bei gepulsten Lasern über die Pulsdauer anpassen und im
durch auftragende, generierende Prozesse. Beispiele sind
Dauerstrichbetrieb über die Vorschubgeschwindigkeit.
Schweißen mit Zusatzstoffen, Beschichten und Laserformen.
zwischen Schneiden und Beschriften.
Die Leistungsdichte lässt sich über Laserleistung und Fo-
•
höher als bei konventionellen Verfahren. Höhere Produktivität gleicht die hohen Investitionskosten aus.
•
Laser, etwa beim Laserschneiden von Blechen. Hier eroberte
•
sich der Laserstrahl seinen festen Platz neben dem Stanzen.
überflüssig. Beim Laserschweißen fallen Arbeitsschritte
nigt die Fertigung und erhöht die Produktivität.
Laser arbeiten berührungslos | Das Werkstück wird
Image | Zuletzt zählt auch das Image. Laserbearbeitung ist
nicht mechanisch belastet. Der Laserstrahl verschleißt
hochwertig, modern und zeitgemäß. Auch das ist für viele
nicht wie andere Werkzeuge.
•
Laser verringern Nacharbeit | oder machen sie ganz
wie Richten oder Verschleifen meist weg. Das beschleu-
Die Gründe liegen in den Vorteilen, die der Laser bietet:
erwärmtes Material
Schmelze
Dampf
ausgetriebenes Material
Laser liefern Qualität | Die Qualität der Laserbearbeitung ist oft besser als die der konventionellen Verfahren.
Die Vorteile | Viel häufiger gibt es jedoch Alternativen zum
•
Laser sind schnell | Oft ist die Prozessgeschwindigkeit
Unternehmen ein Grund, auf den Laser zu setzen.
Laser arbeiten präzise | Sie können feine Konturen
und Strukturen mit hoher Genauigkeit erzeugen.
•
Hauptwirkung
Erwärmen
Schmelzen
Schmelzen
und
Verdampfen
Verdampfen
10 kW/mm 2
1 MW/mm 2
Verdampfen
und
Ionisieren
Sublimieren
und direkte
Dissoziation
10 MW/mm 2
10 GW/mm 2
einflusszone ist sehr gering. Das restliche Werkstück
wird minimal oder gar nicht thermisch belastet.
•
Leistungsdichte ab
30 W/mm 2
1 kW/mm 2
Laser erwärmen das Material nur lokal | Die Wärme-
Laser sind flexibel | Mit einem Werkzeug lassen sich
ganz unterschiedliche Formen und Konturen erzeugen.
An einer Maschine lassen sich verschiedene Verfahren
Einwirkzeit
s
ms
ms
ms
ns
ps
Verfahrens-
Härten, Löten
Wärmeleitungsschweißen
Tiefschweißen,
Schneiden
Bohren
Abtragen,
Gravieren
Strukturieren
einsetzen, etwa wenn Blechteile ausgeschnitten und
gleich beschriftet werden.
beispiele
Wirtschaftlichkeit und Qualität | Wirtschaftlichkeit und
Qualität sind die entscheidenden Faktoren bei der Entschei-
Leistungsdichte und Einwirkzeit bestimmen, wie viel Energie ins Werkstück gelangt und welche Wirkung sie erzielt – hier am Beispiel von Metallen.
110 |
Was Laser können – Im Prinzip sind alle gleich
dung gegen oder für die Laserbearbeitung. Den Vorteilen der
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Trennen
1
Dieses Fahrrad ist nur 1, 5 Millimeter dick, das Teil darunter hingegen
25 Millimeter. Beide hat der Laserstrahl geschnitten.
Das Schneiden gehört sicher zu den bekanntesten Laserver-
Brennschneiden | Brennschneiden ist ein Standardver-
fahren. Schon in den 1970er Jahren wurden die ersten Laser
fahren, mit dem überwiegend Baustahl geschnitten wird. Zum
und Beschichtung schlecht. Wenn die Schicht aufbricht, ist
zum Schneiden eingesetzt – damals CO2- Laser mit 200 bis
Brennschneiden wird Sauerstoff als Schneidgas eingesetzt.
das Teil nicht mehr vor Korrosion geschützt.
500 Watt Leistung. In den folgenden Jahrzehnten etablierte
abgetragen werden. Auf der oxidierten Oberfläche haften Lack
Der Sauerstoff wird mit Drücken von bis zu 6 bar in die
Schnittfuge geblasen. Dort reagiert das erwärmte Metall mit
Schmelzschneiden | Schmelzschneiden ist ebenfalls ein
Die Blechbearbeitung war und ist das wichtigste Einsatz-
dem Sauerstoff: Es verbrennt und oxidiert. Die chemische
Standardverfahren, mit dem Metalle bearbeitet werden. Man
gebiet. Beim Schneiden von flachen Blechtafeln, tiefgezoge-
Reaktion setzt sehr viel Energie frei – bis zum Fünffachen der
kann damit aber auch andere schmelzbare Werkstoffe schnei-
nen Teilen oder Profilen macht dem Laser so schnell kein
Laserenergie – und unterstützt den Laserstrahl.
den, zum Beispiel Keramiken.
sich das Verfahren in der industriellen Fertigung.
Brennschneiden erlaubt hohe Schneidgeschwindigkeiten
Als Schneidgas dient Stickstoff oder Argon. Es wird mit
det der Laser auch andere Werkstoffe, etwa Kunststoffe,
und das Bearbeiten dicker Bleche. Baustahl lässt sich bei-
Drücken zwischen 2 und 20 bar durch die Schnittfuge getrie-
Glas, Keramiken und Halbleiter, aber auch Textilien, Holz und
spielsweise in Dicken bis über 30 Millimeter schneiden.
konventionelles Verfahren etwas vor. Außer Blechen schnei-
Papier. Entsprechend bunt ist das Anwendungsspektrum.
Allerdings hat das Verfahren auch Nachteile: Die Schnittflä-
ben. Argon und Stickstoff sind inerte Gase. Das heißt, sie
reagieren nicht mit dem aufgeschmolzenen Metall im Schnitt-
Jenseits von massiven, dicken Werkstoffen und großen
che ist mit einer Oxidschicht bedeckt. Wenn Teile anschließend
spalt, sondern blasen es nur nach unten aus. Gleichzeitig
Teilen liegt die Fein- und Mikrobearbeitung im Trend. Exper-
lackiert oder pulverbeschichtet werden, muss die Oxidschicht
schirmen sie die Schnittkante von der Luft ab.
ten gehen davon aus, dass Anwendungen in diesem Bereich
Stickstoff ist für fast alle Metalle geeignet. Die Ausnahme:
in den nächsten Jahren stark zunehmen werden.
Titan. Titan reagiert sowohl mit Sauerstoff als auch mit Stickstoff heftig. Daher wird es mit Argon geschnitten.
SCHNEIDEN IST NICHT GLEICH SCHNEIDEN
Schmelzschneiden hat einen großen Vorteil: Die Kanten
Heute erledigt der Laser ganz unterschiedliche Schneidauf-
bleiben oxidfrei und müssen nicht mehr nachbearbeitet wer-
gaben. Sie reichen von der mikrometergenauen Schnittfuge
den. Allerdings steht zum Schneiden allein die Energie des
im hauchdünnen Halbleiterchip bis zum Qualitätsschnitt im
Laserstrahls zur Verfügung. Deshalb sind die Schneidge-
30 Millimeter dicken Stahlblech. Dazu werden verschiedene
schwindigkeiten nur in dünnen Blechen so hoch wie beim
Brennschneiden. Auch das Einstechen wird erschwert. Einige
Schneidverfahren genutzt.
Schneidanlagen bieten die Möglichkeit, mit Sauerstoff einzu-
Prinzip | Wo der fokussierte Laserstrahl auf das Werkstück
stechen und dann mit Stickstoff weiterzuschneiden.
trifft, erwärmt er das Material so stark, dass es schmilzt oder
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Was Laser können – Trennen
verdampft. Sobald er das Werkstück vollständig durchdrun-
Variante Druckluftschneiden | Wer kein Gas kaufen
gen hat, kann der Schneidprozess beginnen: Der Laserstrahl
möchte, kann zum Schneiden dünner Bleche auch Druckluft
bewegt sich entlang der Teilekontur und schmilzt das Material
einsetzen. Druckluft mit 5 bis 6 bar genügt, um die Schmelze
fortlaufend auf. Die Schmelze wird meist von einem Gasstrom
aus dem Schnittspalt zu blasen. Luft besteht zu 80 Prozent
nach unten aus der Schnittfuge geblasen. Dadurch entsteht ein
aus Stickstoff. Deshalb ist Druckluftschneiden überwiegend
enger Schnittspalt zwischen Teil und Restgitter. Der Schnitt-
ein Schmelzschneidverfahren. Auf den ersten Blick erscheint
spalt ist kaum breiter als der fokussierte Laserstrahl selbst.
Prinzip des Laserschneidens: Der Laserstrahl schmilzt das Werkstück auf.
Das Schneidgas bläst Schmelze und Schlacke aus dem Schnittspalt.
Druckluftschneiden als eine kostengünstige Alternative zum
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1
2
Schneiden mit Stickstoff. Luft ist zwar umsonst, sie muss
Dieser sublimiergeschnittene Stent hält Arterien offen.
Kunststofffolien wie diese werden ebenfalls sublimiergeschnitten.
„Obwohl Laserschneiden nun auch schon einige Jahrzehnte alt ist, hat
es etwas vom Glanz des Modernen. Bei den extrem schnellen Schneidstrategien gerät so mancher alte Hase ins Staunen. Es fasziniert auch
mich immer wieder, mit welcher Geschwindigkeit und Eleganz sich der
Schneidkopf bewegt und wie der Laserstrahl scheinbar mühelos durch
zentimeterdickes Blech schneidet.“ Jörg Müller, Dokumentation
Die Plasmawolke darf jedoch nicht nach oben aus dem
schlichtweg zu teuer. Erst dort, wo die Schneidaufgaben
aber komprimiert, getrocknet und entölt werden. Damit rela-
Schnittspalt austreten. Sonst schirmt sie den Laserstrahl
besonders fein sind, wird es attraktiv. Dazu gehört beispiels-
tiviert sich der Kostenvorteil gegenüber Stickstoff.
von der Werkstückoberfläche ab. Der Schnitt reißt ab, weil
weise das Schneiden von Stents. Das sind feine, netzartige
Welche Blechdicke geschnitten werden kann, hängt vom
der Laser nicht mehr ganz durchs Werkstück dringt, und das
Metallschläuche, die in Arterien eingesetzt werden, um sie
Druck ab, den das Druckluftnetz zur Verfügung stellt, und
Teil wird unbrauchbar. Um dies zu verhindern, regeln Senso-
offen zu halten. Solche Stents werden aus dünnwandigen
von der Laserleistung. Mit 5 Kilowatt Laserleistung und 6 bar
ren den Schneidprozess.
Rohren mit bis zu 2 Millimeter Durchmesser gefertigt.
Druck lässt sich etwa Blech mit einer Dicke von 2 Millime-
Das Verfahren ermöglicht extrem hohe Schneidgeschwin-
Bei Metallen ist Sublimierschneiden eine Ausnahme, bei
tern gratfrei schneiden. Insgesamt werden die Schnittkanten
digkeiten in dünnen Blechen. Erreicht werden 40 Meter und
Nichtmetallen ist es gang und gäbe: Viele nichtmetallische
rauer als beim Schmelzschneiden mit Stickstoff. Die besten
mehr pro Minute bei einer Blechdicke von 1 Millimeter. Die
Werkstoffe werden immer mit Sublimierschneiden bearbeitet.
Schneidergebnisse liefert Druckluftschneiden in Aluminium.
Schnittkante wird allerdings rauer als beim SchmelzschneiZu den typischen Werkstoffen zählen
den mit Stickstoff. Die maximale Blechdicke hängt von der
Variante plasmaunterstützt | Beim plasmaunterstützten
Laserleistung ab. Mit 6 Kilowatt Laserleistung lassen sich
Schmelzschneiden nutzt man einen Effekt, der auch beim Laser-
zum Beispiel 4 Millimeter dicke Aluminiumtafeln bearbeiten.
schweißen mit CO2-Lasern auftritt: Wenn man die Parameter
Für die Wellenlänge des Festkörperlasers ist die Plasma-
geschickt wählt, bildet sich im Schnittspalt eine Plasmawol-
wolke praktisch transparent. Deshalb ist plasmaunterstütztes
ke. Sie besteht aus ionisiertem Metalldampf und ionisiertem
Schmelzschneiden nur mit CO2- Lasern möglich.
�����������
•
Kunststofffolien und Textilien, die schon
bei geringer Energie verdampfen, und
•
Werkstoffe, die nicht schmelzen können,
Sublimierschneiden: Der Laserstrahl verdampft und verbrennt das
Material. Der Dampfdruck treibt die Schlacke aus der Schnittfuge.
etwa Holz, Pappe, Schaumstoffe.
Schneidgas. Die Plasmawolke bewirkt, dass mehr Energie
ins Werkstück gelangt. Sie absorbiert den CO2- Laserstrahl
Sublimierschneiden | Bei allen bisher vorgestellten
und gibt die Energie an das Werkstück ab. So schmilzt das
Verfahren schmilzt der Laserstrahl das Material vorwiegend
Material schneller auf, und das erlaubt höhere Schneidge-
auf. Anders beim Sublimierschneiden, auch Sublimations-
schwindigkeiten. Deshalb spricht man auch vom plasmaunter-
schneiden genannt: Bei diesem Verfahren soll der Laser das
stützten Hochgeschwindigkeitsschneiden.
Material möglichst schmelzarm verdampfen. Der Materialdampf erzeugt in der Schnittfuge einen hohen Druck, der die
Schmelze nach oben und unten herausschleudert.
Das Prozessgas, Stickstoff, Argon oder Helium, schirmt
die Schnittflächen lediglich von der Umgebung ab. Es sorgt
dafür, dass die Schnittkanten oxidfrei bleiben. Aus diesem
Grund genügt ein Gasdruck von 1 bis 3 bar.
Metall zu verdampfen erfordert mehr Energie als es zu
schmelzen. Deshalb benötigt Sublimierschneiden hohe Laserleistungen und ist langsamer als andere Schneidverfahren.
Links: Plasma im Schnittspalt erhöht die Absorption des CO2-Laserstrahls.
Rechts: Plasma über dem Schnittspalt schirmt den Laserstrahl ab.
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Was Laser können – Trennen
Dafür erzeugt es hochwertige Schnittkanten. In der Blechbearbeitung wird das Verfahren kaum angewendet. Es ist
600 µm
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2
121
„Immer mehr Unternehmen in der Blechbearbeitung erkennen die
Möglichkeiten, die Laserschneiden von Rohren bietet: innovative Konstruktionen, weniger Fertigungsschritte und damit auch geringere
Herstellkosten. Deshalb steigt die Nachfrage nach Rohrschneidanlagen
kontinuierlich. Laserschneiden von Rohren liegt eindeutig im Trend.“
Norbert Beier, Vertrieb Rohrschneidanlagen
Microjet | Hinter dem Begriff Microjet verbirgt sich ein
sondern bildet einen dünnen Wasserfilm auf der Werkstück-
Schneidverfahren, das ohne Gas und dafür mit Wasser arbeitet.
oberfläche. Dadurch können sich keine Spritzer ablagern.
NUTZE DIE MÖGLICHKEITEN
In der Bearbeitungsoptik wird der Laserstrahl in einen dünnen
Der Durchmesser des Wasser-Laser-Strahls liegt zwischen
Wasserstrahl fokussiert. Der Wasserstrahl leitet den Laser-
20 und 150 Mikrometern. Er ist ähnlich klein wie der Fokus-
strahl wie ein Laserlichtkabel: An den Grenzen zwischen Luft
durchmesser eines stark fokussierten, reinen Laserstrahls und
struktion. Wer sie voll ausschöpfen will, benötigt zweierlei.
und Wasser wird der Laserstrahl totalreflektiert.
bietet einen Vorteil: Der Laserstrahl kann sich nicht aufweiten,
Erstens: ein Team, das die Laserschneidanlage in- und aus-
Laserschneiden von Profilen bietet viele Vorteile für die Kon-
Laserstrahl im Wasserstrahl. Was machen die beiden am
da der Wasserstrahl ihn begrenzt. So entstehen senkrechte,
wendig kennt und immer wieder Neues ausprobiert. Zweitens:
Werkstück? Der Laserstrahl schmilzt das Material oder trägt
parallele Schnittkanten. Der Wasser-Laser-Strahl übernimmt
Konstrukteure, die sich auf den Wissensaustausch einlassen
es ab. Das Wasser übernimmt mehrere Funktionen: Der größte
vor allem kleine und feine Schneidaufgaben. Er schneidet zum
und die entdeckten Möglichkeiten nutzen.
Teil des Wassers dringt in die Schnittfuge ein und transpor-
Beispiel die Halbleiterchips aus der Halbleiterplatte (Wafer)
Die Meyra GmbH + Co. KG in Kalletal-Kalldorf hat beides.
tiert das aufgeschmolzene Material ab. Gleichzeitig kühlt das
sowie Touchscreens und medizinische Implantate. Beim
„Die Teile, die wir auf unserer Rohrschneidanlage fertigen, beein-
Wasser die Schnittkante. So gelangt kaum Wärme ins Mate-
Schneiden von Kunststoffen bietet das Verfahren den Vorteil,
drucken sogar den Maschinenhersteller“, sagt Jörg Pielemeier,
rial. Ein Teil des Wassers gelangt nicht in die Schnittfuge,
dass alle Nebenprodukte im Wasser gebunden werden.
Sprecher der Gruppe Rohr-Laserschneiden. Die innovativen
Konstruktionen vereinfachen Fertigungsabläufe, senken Kos-
Intelligent: Die Knickkonstruktionen in diesem Rahmen eines Elektrofahrzeugs vereinfachen das Schweißen
ten und erhöhen die Produktqualität. Jörg Pielemeier zeigt
ein Beispiel: den Vorderrahmen eines Scooters. Scooter sind
Elektrofahrzeuge für Menschen mit Gehbeeinträchtigungen.
Der Rahmen trägt die Lenksäule und hält das Vorderrad. Er
Rahmen an einem Stück fertigen und manuell knicken. Jörg
entsteht an der Laser-Rohrschneidanlage aus einem quadra-
Pielemeier erklärt: „Die Knickkonstruktion reduziert Fügenähte,
tischen Stahlprofil mit 30 Millimeter Kantenlänge und 2 Milli-
vereinfacht die Spannvorrichtung und erleichtert das Schwei-
meter Dicke. Das Laserschneiden hat die Fertigung vereinfacht
ßen.“ Ein weiterer Kostenvorteil.
und beschleunigt. „Ausbrüche, Bohrungen, Trennschnitte – der
„Das Highlight ist aber die Genauigkeit“, bemerkt Pielemeier.
Laser erledigt alles in einem Fertigungsschritt. In 5 Minuten
Zu Recht: 0,01 Millimeter beträgt die Toleranz. Das ist 50-mal
sind die Teile fertig. Danach werden sie geschweißt“, umreißt
weniger als die Genauigkeit, die die Maschine für das einge-
Jörg Pielemeier den Fertigungsprozess. Früher bestand der
spannte Rohr garantiert. Wie geht das? „Mit einem selbst ent-
Rahmen aus 14 Teilen. „Jedes Teil musste gesägt, gebohrt,
wickelten, speziellen NC-Programm: Die Anlage vermisst jedes
gefräst und gestanzt werden. Allein das Sägen dauerte ins-
eingespannte Rohr und gleicht die Maße aus.“
gesamt 4 Minuten.“
Für das Microjet -Verfahren wird der Laserstrahl in einen feinen Wasserstrahl fokussiert und gelangt im Wasserstrahl zum Werkstück.
122 |
Was Laser können – Trennen
Microjet-Bearbeitung: Der Laserstrahl schmilzt das Material, das Wasser
kühlt und transportiert Schmelze und Nebenprodukte aus der Schnittfuge.
Dabei bleibt eine Seite des Profils stehen. So lässt sich der
Rund 250 Rahmen fertigt Meyra pro Jahr. Schneller, kos-
Für die Laserbearbeitung wurde der Rahmen neu konstru-
tengünstiger und mit höherer Qualität. Für Jörg Pielemeier ist
iert. Er besteht nun aus den beiden Hälften und 2 Mittelstreben.
das selbstverständlich: „Man muss eben seine Laseranlage
Knickkonstruktionen erleichtern das Fügen: An den späteren
richtig gut beherrschen und die Möglichkeiten eines Verfah-
Ecken des Rahmens werden große Aussparungen eingebracht.
rens kennen. Dann ist fast alles machbar.“
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„Viele denken, dass der Fokusdurchmesser und die Zahl der Pulse in
erster Linie den Durchmesser einer Bohrung bestimmen. Das stimmt
nicht. Den Durchmesser bestimmen vor allem Leistungsdichte und Pulsenergie. Der Fokusdurchmesser ist weniger ausschlaggebend. Die Zahl
der Pulse ist nahezu egal.“ Elke Kaiser, Verfahrensentwicklung
1
Die hohe Kunst des Laserbohrens sind schmale feine Bohrungen mit
parallelen Bohrwandungen wie diese.
Der Kanonenrohr -Effekt Kanonenrohre sind lang und schmal. Wenn
das Schießpulver explodiert, beschleunigt der Druck die Kanonenkugel
enorm. Je länger das Kanonenrohr, umso länger wird die Kugel beschleunigt und umso höhere Geschwindigkeiten erreicht sie. Der gleiche Effekt
tritt beim Laserbohren von tiefen Bohrungen auf: Material, das am Boden
der Bohrung verdampft, schleudert die Schmelze nach oben. Je tiefer und
schmaler die Bohrung ist, desto schneller und senkrechter schießen die
Spritzer heraus in Richtung Bearbeitungsoptik. Ein Gasstrom lenkt die Spritzer ab, damit sie die Optik nicht verschmutzen.
WAS GUTE BOHRUNGEN AUSMACHT
Konizität | Die Konizität beschreibt die Querschnittsverän-
PARAMETER FÜR KLEINE UND KLEINSTE LÖCHER
Ob die Bohrung gut oder schlecht ist, lässt sich anhand von
derung über den Bohrungsverlauf. Sie berechnet sich aus der
Wer mit dem Laser bohren will, muss folgende Laserpara-
Qualitätskriterien beurteilen. Einige dieser Kriterien beziehen
Differenz zwischen Eintritts- und Austrittsradius im Verhältnis
meter beherrschen und ihre Wirkung verstehen:
sich auf die Bohrung selbst. Andere untersuchen die Auswir-
zur Materialstärke. Dieser Wert muss möglichst gering sein,
kungen des Bohrvorgangs auf das Werkstück.
wenn man parallele Bohrwandungen erzielen will. In einigen
•
und -lage bestimmen vor allem die Parallelität oder
Fällen ist eine definierte Konizität gewünscht.
Konizität der Bohrung. Der Fokusdurchmesser wirkt
Maß und Toleranz | Die Maße der Bohrung müssen innerhalb der definierten Toleranzen liegen. Bei Filterbohrungen
Schmelzablagerungen | Beim Bohren entsteht außer
muss beispielsweise ein bestimmter Durchmesser an einer
Dampf auch Schmelze. Sie wird oft nicht vollständig aus dem
beliebigen Stelle im Bohrloch erzeugt werden, damit der Filter
Bohrloch ausgetrieben und lagert sich an den Bohrwandungen
die geforderte Durchflussmenge erreicht. Bei anderen Anwen-
ab. Das Ziel lautet, möglichst keine Schmelzablagerungen zu
dungen spielt auch die Form der Bohrung eine wichtige Rolle,
erzeugen. Denn die Schmelzschicht kann sich später im Be-
etwa beim Bohren von Einspritzdüsen.
Fokusdurchmesser und -lage | Fokusdurchmesser
sich lediglich beim Einzelpuls- und Perkussionsbohren
auch auf den Lochdurchmesser aus.
•
Leistungsdichte | Die Leistungsdichte bestimmt,
ob das Material bearbeitet werden kann. Sie muss
Was unterscheidet gute Bohrungen von schlechten? Anhand dieser
Kriterien lässt sich die Qualität beurteilen.
einerseits höher sein als die Bearbeitungsschwelle,
darf aber andererseits für kleine Löcher nicht zu hoch
trieb lösen und Störungen im Bauteil verursachen.
werden. Denn die Leistungsdichte wirkt sich auch
Einzug und Gratfreiheit | Unter Einzug versteht man den
Herausforderungen und Grenzen | Beim spanenden
Radius an der oberen Lochkante. Er sollte möglichst klein
Bohren bestimmen die Maße des Bohrers die Form der Boh-
oder gleich null sein. Bei Bohrungen, die das Material ganz
rung. Beim Laserbohren entsteht diese Form allein durch
durchdringen, kann an der unteren Lochkante ein Grat ent-
die Strömung und den Druck des Metalldampfs im Bohrloch.
stehen. Diesen gilt es zu vermeiden, weil er sonst in einem
Diese lassen sich zwar durch Bearbeitungsparameter beein-
weiteren Arbeitsschritt entfernt werden muss.
flussen, aber nicht ganz genau festlegen.
auf den Lochdurchmesser aus. Es gilt: Je größer die
Leistungsdichte, desto größer ist der Dampfdruck in
der Bohrung, was wiederum zu größeren Lochdurchmessern führt.
•
Pulsenergie | Die Pulsenergie ist das Produkt aus Pulsleistung und Pulsdauer. Sie bestimmt, wie viel Material
aufgeschmolzen und verdampft wird. Je höher die Puls-
Wirkung im Werkstück | Der Laser soll hochwertige
Bohrungen erzeugen – und am besten nichts weiter tun. Das
Bohren wirkt sich jedoch auch auf den Rest des Werkstücks
Zu den Herausforderungen des Laserbohrens zählen daher:
•
Bohrungen mit einer bestimmten Konizität
aus. Die Qualitätsforderungen lauten:
•
Geringe Wärmeeinflusszone, denn in der Wärmeeinflusszone verändern sich die Materialeigenschaften.
•
•
1
140 |
Was Laser können – Bohren
•
enge Toleranzen der Bohrungsmaße
•
große Schachtverhältnisse: geringer Durchmesser
der Bohrung bei großer Tiefe
Unversehrte Beschichtung: Wärme oder Schockwellen
können Beschichtungen beschädigen.
•
sehr kleine Abstände zwischen den Bohrungen
Saubere Werkstückoberseite ohne Spritzer: Metall-
•
viele Bohrungen pro Sekunde
•
sehr kleine Bohrungsdurchmesser
schmelze darf sich nicht ablagern.
1,5 mm
genau definierte Formen, etwa parallele Bohrungen oder
energie ist, desto mehr Material wird durch einen Laserpuls abgetragen. Beim Einzelpulsbohren bestimmt die
Pulsenergie auch Durchmesser und Tiefe der Bohrung.
Arbeitsgas | Zum Laserbohren wird Arbeitsgas eingesetzt.
Es dient jedoch nicht dazu, das Material aus dem Bohrloch
zu treiben, sondern soll Spritzer ablenken und die Optik
schützen. Hierfür genügt oft Druckluft. Helium und Stickstoff
werden eingesetzt, wenn die Bohrwandung nicht oxidieren
darf. Sauerstoff verwendet man beim Bohren von Stählen.
Sauerstoff unterstützt den Verbrennungsprozess und erleichtert das Bohren. Dabei entstehen größere Bohrlöcher.
141
1
Die Pinocchio-Düse Beim Bohren sind ein großer Arbeitsabstand und
eine große Rayleighlänge gefragt. Deshalb arbeiten die Bearbeitungsoptiken mit großen Brennweiten. Wenn außerdem Gas für den Arbeitsprozess
benötigt wird, bekommt die Optik eine lange spitze Düse. Entwickler
nennen sie deshalb liebevoll Pinocchio-Düse. Sie erinnert an die lange
Nase der Märchenfigur. Ein Vorteil dieser Optik: Ihre lange Nase – pardon:
Düse – erreicht auch schwer zugängliche Stellen.
Diese Laseranlage zum Bohren arbeitet mit einem Festkörperlaser.
„Ich kenne keinen lauteren Laserprozess als das Laserbohren: Wenn wir
Löcher in Turbinenschaufeln einbringen, tritt die Schmelze explosionsartig
aus dem Bohrloch. Das knallt ordentlich. Was mich am Laserbohren
begeistert: Es ist ein technologisch anspruchsvolles und wirtschaftliches
Verfahren, das einen wichtigen Teil zur Qualität unserer Produkte beiträgt.“
Dr. Mark Geisel, MTU Aero Engines GmbH
STRAHLQUELLEN UND WERKSTOFFE
Zum Laserbohren werden vor allem gepulste Festkörperlaser
KÜHLE TURBINEN FLIEGEN BESSER
eingesetzt, weil sie hohe Leistungsdichten und kurze Pulse
erzeugen können. Das gilt insbesondere für die Festkörper-
In 10 000 Meter Höhe gleitet die Boeing dahin. Draußen herr-
laser mit Pulsüberhöhung und Güteschaltung (Q -Switch). In
schen minus 60 Grad Celsius; im Triebwerk ist es mörderisch
der Mikrobearbeitung kommen Festkörperlaser mit kurzen
heiß. „Die Gase aus der Brennkammer treffen mit Temperaturen
und ultrakurzen Pulsen im Piko - und Femtosekundenbereich
von bis zu 1 500 Grad Celsius auf die dahinter liegenden Tur-
zum Einsatz sowie Excimerlaser.
binenschaufeln“, erklärt Dr. Mark Geisel, Leiter der Program-
CO2-Laser können ebenfalls bohren. Sie tun dies vor allem
mierung bei der MTU Aero Engines GmbH in München. „Bei
in Laserschneidanlagen. Dort erzeugen sie die Startlöcher für
diesen Temperaturen beginnen die Gusswerkstoffe, aus denen
das Laserschneiden.
die Turbinenschaufeln bestehen, eigentlich schon zu schmelzen.“ Deshalb müssen sie besonders intensiv gekühlt werden:
Von Metall bis Diamant | Zu den Materialien, die mit dem
Aus hunderten von Löchern strömt Luft und legt sich als
Laser gebohrt werden können, gehören Metalle und Sinter-
Schutzfilm über die Turbinenschaufeln. Die Löcher für diese so
metalle, Halbleiter wie Silizium, Kunststoffe sowie Kohlenstoff.
genannte Filmkühlung sind lasergebohrt. 0,3 bis 0,9 Millimeter
Edelsteine wie Rubine oder Diamant werden ebenfalls laser-
messen die Bohrungen im Durchmesser. Ihre Tiefe reicht bis
gebohrt. Der Laser bohrt auch Löcher in Papier. Ein solches
zu mehreren Millimetern.
Anwendungsbeispiel ist Zigarettenpapier, das mit 500 000
142 |
Was Laser können – Bohren
„Manche Turbinenschaufeln bekommen über 500 Bohrungen, und für jede Bohrung gelten hohe Qualitätsanforderungen“,
ist ein sehr stabiler und wirtschaftlicher Prozess, den wir gut
umreißt Geisel die Aufgabe seiner Laseranlagen. Im Detail
beherrschen.“ Herausforderungen entstehen lediglich an den
MASCHINEN- UND ANLAGENTECHNIK
heißt das: Die Schmelzschicht an den Bohrwandungen muss
Verfahrensgrenzen. „Wir können eben nicht bis nach China
Laserbohren ist ein Verfahren, das überwiegend für Serien-
sehr gering sein. Im Werkstück dürfen keine Mikrorisse ent-
bohren. Ab einem Verhältnis Lochdurchmesser zu -tiefe von
teile mit großen Stückzahlen eingesetzt wird. Die Maschinen
stehen. Toleranzen von 50 Mikrometern müssen eingehalten
1 zu 10 wird es sportlich“, meint Geisel. Dann müssen die
und Anlagen sind daher meist auf eine Anwendung und einen
werden. Die Lage der Bohrung muss stimmen. Und: Alle
gepulsten Festköperlaser zeigen, was sie können.
Arbeitsprozess spezialisiert.
Bohrungen müssen offen sein. Das klingt banal. „Ist es aber
Löchern pro Sekunde perforiert wird.
1
Aus den Formbohrungen strömt kühlende Luft über die Flugzeugturbine.
Die gängigen Verfahren Perkussionsbohren und Trepanie-
Häufig ist die Arbeitsstation zum Laserbohren in Ferti-
nicht“, sagt Mark Geisel. „Schwankungen im Gusswerkstoff
ren kombinieren die Spezialisten bei MTU mit Laserabtragen.
gungsstraßen oder große Produktionsanlagen integriert. Der
führen dazu, dass trotz gleicher Parameter unterschiedlich
Mark Geisel: „Dadurch erzeugen wir so genannte Formboh-
Fertigungsprozess inklusive Be- und Entladen ist vollautoma-
viele Laserpulse gebraucht werden, um die Turbinenwand zu
rungen, vereinfacht ausgedrückt: zylindrische Löcher mit
tisiert. Anwendungsbeispiele hierfür sind die Airbagklappen
durchbohren.“ Noch wird die Offenheit manuell geprüft, mit
trichterförmigen Öffnungen.“ Formbohrungen optimieren die
in der Innenraumverkleidung von Pkws oder die Einspritz-
einer dünnen Nadel aus dem Medizinerbedarf, die in jedes
Luftströmung und erhöhen die Kühlwirkung. „Die ersten laser-
düsen im Common-Rail-Dieselmotor. Die Arbeitsstation zum
Loch eingeführt wird. Künftig soll es automatisiert geschehen.
gefertigten Formbohrungen für den A380 kommen von uns.
Laserbohren kann aber auch aus einer separat stehenden
Mark Geisel ist zufrieden mit seinen Lasern: „Laserbohren
Darauf sind wir besonders stolz.“
Lasermaschine bestehen, die manuell bestückt wird.
143
1
Bekannt seit den 1960ern Bohren zählte zu den ersten Laserverfahren,
die in der Industrie eingesetzt wurden. Die ersten Anwendungen waren
das Bohren von Rubinen – den Uhrsteinen, auf denen die Mechanik von
Uhren gelagert ist, und das Bohren von Diamantziehsteinen, mit denen
Drähte gefertigt werden.
Mikrobearbeitung: Diese Laserbohrung in Edelstahl ist so klein, dass
man sie erst unter dem Rasterelektronenmikroskop genau sieht.
Fliegend bohren | Einige Anwendungen erfordern das
FEINER UND TIEFER MIT KÜRZEREN PULSEN
Bohren von sehr vielen Löchern in kürzester Zeit – etwa Filter-
Seit Ende der 1990er Jahre wird Laserbohren zunehmend
bohrungen oder Siebe. Weitere Beispiele sind Kraftstofffilter
häufiger eingesetzt. Anwender wissen die folgenden Vorteile
oder Zigarettenhülsen. In diesen Fällen wird fliegend gebohrt.
zu schätzen, die das Verfahren bietet:
Das bedeutet: Laser und Werkstück bewegen sich relativ zu-
•
einander, während der Laserstrahl mit jedem Laserpuls eine
Einzelpulsbohren
Perkussionsbohren
Trepanieren
Helixbohren
Wie funktioniert’s?
Ein Laserpuls schmilzt
und verdampft Material.
Der Dampfdruck schleudert die Schmelze aus
dem Loch.
Mehrere Laserpulse
bohren sich Stück für
Stück in die Tiefe.
Mehrere Laserpulse
bohren ein Startloch,
das anschließend in
mehreren Kreisbahnen
aufgeweitet wird.
Viele Laserpulse
arbeiten sich kreisförmig – wie auf einer
Wendeltreppe –
in die Tiefe vor.
Welcher Laser?
gepulste Festkörperlaser,
CO2-Laser, Excimerlaser
gepulste Festkörperlaser,
CO2- Laser, Excimerlaser
gepulste Festkörperlaser
gepulste Festkörperlaser
Welches Material?
Metalle, Kunststoffe,
Papier
Metalle, Halbleiter,
Keramiken, Edelsteine
Metalle, Keramiken
überwiegend Metalle
Wichtige Prozessparameter
Leistungsdichte, Fokusdurchmesser und -lage,
Pulsenergie
Leistungsdichte, Fokusdurchmesser und -lage,
Pulsenergie, -frequenz
Leistungsdichte, Fokusdurchmesser und -lage,
Pulsenergie, -frequenz
Leistungsdichte, Fokusdurchmesser und -lage,
Pulsenergie, -frequenz
Fokusdurchmesser
0, 05 bis 0, 5 Millimeter
0, 05 bis 0, 4 Millimeter
0,1 bis 0, 3 Millimeter
0,1 bis 0, 3 Millimeter
Wichtige
Konizität, Schmelzablagerungen, Gratfreiheit
Maßhaltigkeit, Konizität,
Schmelzablagerungen,
Gratfreiheit
Maßhaltigkeit, Schmelzablagerungen, Gratfreiheit, Wärmeeinflusszone
Maßhaltigkeit, Schmelzablagerungen, Gratfreiheit Wärmeeinflusszone
überwiegend vollauto-
überwiegend vollautomatisierte Bearbeitungsstation; auch kompakte
Laseranlagen
überwiegend vollautomatisierte Bearbeitungsstation; auch kompakte
Laseranlagen
große Bohrungen;
Beispiele: Schmierlöcher in Getriebeteilen,
Formlöcher
große, tiefe Bohrungen;
Beispiel: Kühllöcher
in Turbinenschaufeln,
Formlöcher in Spinndüsen für Kunstfasern
Es funktioniert unabhängig von der Härte oder der
elektrischen Leitfähigkeit des Materials.
Bohrung erzeugt. Da die Pulsdauer gegenüber der Verfahrgeschwindigkeit des Werkstückes sehr kurz ist, bleibt die
•
Es ermöglicht schräge Bohrungen unter sehr flachen
Bohrwinkeln von bis zu 80 Grad zur Senkrechten.
Bohrung kreisrund und wird nicht verzogen.
Anlagen zum fliegenden Bohren verfügen entweder über
eine bewegliche Werkstückhalterung, die das Werkstück bewegt, oder über eine bewegliche Bearbeitungsoptik für den
Laserstrahl. Häufig werden Scanneroptiken eingesetzt.
•
Es belastet das Material nicht mechanisch.
•
Die Bearbeitungszeiten sind kurz.
•
Der Laserstrahl kann nicht wie ein Bohrer abbrechen
und dadurch das Teil unbrauchbar machen.
Feiner, tiefer, höhere Qualität | Neue Festkörperlaser,
die Laserpulse im Nano -, Piko - und Femtosekundenbereich
liefern, verschieben die Bearbeitungsgrenzen. Lange galten
etwa Bohrungen von 0, 4 Millimeter Durchmesser in Kombination mit 18 Millimeter Tiefe in Metall als Bearbeitungsgrenze.
Noch feiner oder noch tiefer lautet das Motto für die Zukunft.
Qualitätskriterien
Kürzere Pulse reduzieren darüber hinaus die Schmelzbildung und -ablagerung und erlauben Bohrungen mit sehr hohen
Genauigkeiten im Mikrometerbereich.
Maschinen und
Anlagen
vollautomatisierte
Bearbeitungsstation in
Produktionsanlagen;
fliegende Bearbeitung
Anwendungen
viele Löcher in kurzer
Zeit; Beispiele: Kraftstofffilter, Zigarettenpapier, Verpackungsfolien
Neue Anwendungen | Verfahrensentwickler erwarten, dass
der Laser als Bohrwerkzeug in den nächsten Jahren viele
neue Aufgaben bekommen wird. Neue Anwendungen liegen
vor allem dort, wo feine und feinste Löcher in kleiner bis sehr
großer Zahl gebraucht werden. Die Anwendungen reichen
von den Schmierbohrungen in beweglichen Motorteilen, bis
1
Was Laser können – Bohren
schmale, tiefe Bohrungen; Beispiel: Düsen
für Filtervliesproduktion,
Startlöcher beim Laserschneiden
zu den vielen 100 000 Löchern, die Frischhaltefolie für Luft
30 µm
144 |
matisierte Bearbeitungsstation in Produktionsanlagen
durchlässig machen, für Wasser aber nicht.
Laserbohrverfahren in Stichworten
145
Strukturieren und Abtragen
1
Blick durch das Rasterelektronenmikroskop: ein Puls, ein Näpfchen
2
Näpfchen an Näpfchen: Ausschnitt einer strukturierten Oberfläche
3
Diese Struktur erhöht die Reibung zwischen dem Pleuelauge und
den Lagerschalen, die darin eingepresst werden.
4
Der helle Bereich an der Innenseite des Pleuelauges ist strukturiert.
Tribolo-was? Näpfchen, Taschen, Spiralen oder doch lieber Linien?
Wie sich Strukturen auf die Reibeigenschaften von Oberflächen auswirken,
ist heute noch weitgehend unerforscht. Mit diesem Thema beschäftigt
sich die Tribologie (Tribo steht für Reibung). Im Blickpunkt stehen dabei
Strukturen im Mikrometerbereich, die sich mit dem Laser erzeugen lassen.
Strukturieren und Abtragen mit dem Festkörperlaser waren
VON NÄPFCHEN, TASCHEN UND FORMEN
An wirtschaftliche Grenzen stößt der Laser, wenn große
Flächen strukturiert werden sollen und wenn Strukturen mit
lange kaum bekannt. Erst seitdem das Stichwort Mikrobear-
Strukturieren und Abtragen sind verfahrenstechnisch eng
beitung in aller Munde ist, rücken die Verfahren mehr und
verwandt: Kurze Laserpulse mit sehr hohen Pulsleistungen
hohen Rauigkeiten erzeugt werden sollen. Dann steigt die
mehr in den Mittelpunkt des Interesses. Denn beim Struk-
erzeugen so hohe Energiedichten, dass das Material über-
Bearbeitungszeit und somit steigen die Herstellkosten pro
turieren und Abtragen werden Werkstücke in kleinen und
wiegend direkt verdampft (sublimiert). Bei diesem Vorgang
Teil. Eine weitere Grenze: Strukturen mit Abmessungen unter
kleinsten Dimensionen bearbeitet.
entsteht nur wenig Schmelze. Jeder Laserpuls erzeugt eine
1 Mikrometer lassen sich mit dem Festkörperlaser aufgrund
kleine Vertiefung. Sie misst typischerweise einige 10 Mikrome-
seiner Wellenlänge nicht herstellen.
Strukturieren bedeutet, regelmäßig angeordnete Geometrien in Oberflächen zu erzeugen, die deren technische Eigen-
ter im Durchmesser und nur wenige Mikrometer in der Tiefe.
schaften gezielt verändern. Das einzelne Element einer solchen
100 µm
Das abgetragene Volumen ist klein im Verhältnis zur Leis-
Struktur ist oft nur einige Mikrometer groß.
3
4
Abtragen | Abtragen unterscheidet sich vom Strukturieren
tungsdichte des Laserpulses. Die Ursache: Sublimieren um-
nur in folgender Hinsicht: Die Vertiefungen, die die einzelnen
Laserabtragen wird meist im Werkzeug- und Formenbau
fasst zwei Aggregatsübergänge. Festes Material wird direkt
Pulse erzeugen, überlappen sich zu Linien und Linien zu Flä-
sowie in der Elektronik und Halbleitertechnik angewendet.
verdampft. Dieser Vorgang erfordert mehr Energie als das
Der Laser erzeugt zum Beispiel in Spritzgusswerkzeugen
Erwärmen oder Schmelzen des gleichen Volumens.
für die gewünschten Reibeigenschaften. Um diese Vertiefungen
dreidimensionale, detailreiche Vertiefungen, deren Formen
chen. Schicht für Schicht trägt der Laser das Material ab, bis
herzustellen, setzt man die Näpfchen so dicht aneinander,
die Vertiefung die gewünschte Form und Tiefe hat. Beim Ab-
dass sie sich überlappen.
tragen entstehen also größere Vertiefungen mit komplexerer
sich später beim Spritzgießen im Kunststoffteil abbilden. Der
Strukturieren | Strukturieren verändert die technischen
Ganz ohne Schmelzebildung läuft der Arbeitsprozess meist
Laser kann aber auch dünne Schichten selektiv abtragen,
Eigenschaften der Oberfläche: zum Beispiel die Reflektivität
nicht ab. Am Rand des Näpfchens oder der Tasche bildet sich
etwa zum Trimmen von Widerständen oder zum Beschriften.
oder die Reibeigenschaften.
ein Materialaufwurf: der Grat. Dieser Grat muss entfernt werden,
Geometrie. Typische Tiefen reichen von einigen Mikrometern
bis zu wenigen Millimetern.
Vorteile und Grenzen | Im Formen- und Werkzeugbau
Um die Reibung zu verringern, erzeugt man kleine Vertie-
wenn die Struktur Schmierstoffe aufnehmen und die Reibung
fungen im Material, die Schmierstoffe speichern. Das können
verringern soll. Es gibt allerdings auch Anwendungen, bei denen
sind Erodieren und Fräsen die Alternativen zum Laserabtragen.
die winzigen Näpfchen sein, die ein einzelner Laserpuls er-
die Reibung erhöht werden soll, um die Haftung zu verbes-
Beide Verfahren sind dort seit Jahrzehnten etabliert.
zeugt. Tiefere Näpfchen entstehen durch mehrere Laserpulse,
sern. Dann wird der Grat gezielt erzeugt und es werden keine
die auf die gleiche Stelle treffen. Bei einigen Werkstückformen
Schmierstoffe genutzt.
sorgen längliche Vertiefungen wie Taschen oder kurze Linien
Vorteile und Grenzen | Strukturen in Oberflächen wurden
lange ausschließlich durch mechanische und nasschemische
Verfahren sowie durch Trockenätzen erzeugt.
Laserstrukturieren bietet mehrere Vorteile: Der Laserstrahl
arbeitet sehr präzise, berührungslos und kraftfrei. Er beeinflusst die Eigenschaften des Werkstücks nahezu nicht. Laserstrukturieren ist umweltfreundlicher als die ätzenden Verfahren,
weil keine Chemikalien eingesetzt werden. Darüber hinaus
Laserstrukturieren: Ein kurzer Laserpuls mit hoher Pulsleistung verdampft
das Material und erzeugt eine Vertiefung.
146 |
Was Laser können – Strukturieren und Abtragen
1
10 µm
lässt sich der Strukturierprozess vollständig automatisieren,
50 µm
2
etwa um hohe Stückzahlen zu bearbeiten.
Laserabtragen: Wenn sich die Pulse zu Linien und Linien zu Flächen überlappen, erzeugt der Laser eine dreidimensionale Vertiefung im Werkstück.
147
Wenn die Schmelze hüpft Humping-Effekt, zu deutsch Hüpfeffekt, so
heißt ein Vorgang, der beim Tiefschweißen zu Störungen in der Nahtoberfläche führt. Der Humping-Effekt kann bei hohen Schweißgeschwindigkeiten
entstehen. Wenn die Schmelze hinter der Dampfkapillare zusammenfließt,
entsteht eine aufwärts gerichtete Strömung. Ein Teil der Schmelze wird
dann in der Nahtmitte konzentriert. An der Nahtoberfläche bilden sich
tropfenförmige Erhebungen in regelmäßigen Abständen. Der Humping Effekt ist unerwünscht, weil er Anbindefehler verursacht.
Falsche Freunde Der Ausdruck „falsche Freunde“ steht für einen Nahtfehler, der am Überlappstoß auftreten kann. Wenn der Spalt zwischen
den Fügepartnern zu groß ist, schmilzt der Laserstrahl zwar beide Blechlagen auf, die Schmelzen verbinden sich jedoch nicht. Äußerlich sieht
man es der Naht nicht an. Die Werkstücke scheinen fest verbunden, sind
es aber nicht – wie falsche Freunde eben.
WIE ERKENNT MAN HOCHWERTIGE NÄHTE?
In der Schweißnaht verbinden sich die Schmelzen der Fügepart-
Werkstück mit einem Lichtbogen oder mit einer Flamme auf-
Hinter jeder Qualitätsprüfung steht die Frage, ob das Bau-
ner. Wenn sie aus dem gleichen Werkstoff bestehen, können
schmelzen. Aber auch diese geringen Wärmemengen führen
teil seine Funktion zuverlässig erfüllen wird. So auch beim
die Eigenschaften denen des Grundwerkstoffes entsprechen.
dazu, dass sich das Werkstück verzieht oder empfindliche
Schweißen und Löten. Hier richtet sich die Aufmerksamkeit
Wenn die Fügepartner aus unterschiedlichen Werkstoffen
Teile beschädigt werden.
auf die Eigenschaften der Naht und den Einfluss des Bear-
bestehen oder wenn Zusatzwerkstoffe verwendet werden,
Hohe Qualität heißt, das Werkstück möglichst wenig zu
beitungsprozesses auf das Werkstück.
bildet sich eine Legierung. Die Eigenschaften der Legierung
erwärmen und dafür zu sorgen, dass die Wärme gut abfließen
lassen sich gezielt anpassen. Dazu zwei Beispiele: Chrom
kann. Gesteppte Nähte erwärmen das Werkstück weniger stark
Breite und Tiefe | Breite und Tiefe der Naht müssen die
oder Nickel machen die Naht korrosionsbeständiger. Durch
als durchgezogene Schweißlinien. Der Verzug ist entsprechend
definierten Werte erreichen, denn sie bestimmen den Anbin-
Legieren mit Silizium können Heißrisse beim Schweißen von
geringer. Wenn der Laserstrahl im Pulsbetrieb arbeitet, kann
dungsquerschnitt und damit die Festigkeit der Naht. In der
Aluminiumlegierungen vermieden werden.
das Material in den Pausen zwischen den Pulsen abkühlen.
Regel sollten Breite und Tiefe über die gesamte Naht hinweg
Mit gekühlten Vorrichtungen, die die Wärme gut ableiten,
konstant sein. Für Lötnähte ist die Eindringtiefe des Lots in
Nahtfehler | Technische Normen unterscheiden äußere und
die Kapillare bestimmend für die Festigkeit.
innere Nahtfehler. Äußere Nahtfehler und ihre Auswirkungen:
Metallurgische Eigenschaften | Für alle metallischen
•
Schwachstellen, an denen die Naht reißen kann.
Schweißnähte gilt: Das Gefüge der Naht sollte möglichst gleichmäßig und feinkörnig sein. Welche weiteren Eigenschaften die
Nahtformfehler wie Einbrand- und Wurzelkerben sind
•
Schmelzauswurf: Wenn die Schmelze aus der Naht
•
•
•
•
Äußere und innere Nahtfehler, die beim Laserschweißen auftreten
können, am Beispiel einer Stumpfstoßverbindung
166 |
Was Laser können – Verbinden
Qualitätsmängel im Werkstoff und falsch eingestellte Prozess-
Baugruppe nicht verzieht, wird die Schweißreihenfolge so
parameter können folgende Fehler in der Naht verursachen:
angepasst, dass sie sich gleichmäßig erwärmt.
die Festigkeit und machen die Naht undicht.
•
Poren: Die Naht enthält kleine Luft- oder Gasblasen.
Nahteinfall und Wurzelrückfall verringern den Naht-
•
Risse in der Nahtoberfläche oder im Werkstück, die bei-
Kantenversatz bei der I -Naht am Stumpfstoß verringert
spielsweise durch Spannungen oder Materialschrumpfung
beim Abkühlen entstehen.
den Nahtquerschnitt ebenfalls.
Beim Löten entstehen Nahtfehler, wenn die Temperatur der
Mulden am Nahtende, so genannte Endkrater, verringern
Fügepartner nicht stimmt: Ist sie zu niedrig, beginnt das Lot
ebenso den Nahtquerschnitt. Sie entstehen, wenn der
nicht zu fließen und benetzt nur die Kanten. Ist sie zu hoch,
Laserstrahl zu schnell abgeschaltet wird.
wird das Lot spröde oder verbrennt. Verschmutzte Oberflächen
Die Oxidation der Ober- und Unterraupe reduziert die
Glatte Oberflächen | Je weniger Schritte der Fertigungsprozess eines Produktes umfasst, desto schneller und günstiger
kann es hergestellt werden. Laserschweißen und -löten helfen,
Fertigungsschritte zu reduzieren. Die Oberflächen der Nähte
sollten exakt geformt und so glatt sein, dass sie nach dem
Schweißen nicht in einem zusätzlichen Arbeitsschritt manuell
verschliffen werden müssen.
führen ebenfalls dazu, dass das Lot nicht bindet.
Korrosionsbeständigkeit von rostfreien Stählen.
Wärmeeinbringung und Verzug | Egal ob Schweißen
Spritzer auf dem Werkstück oder auf der Nahtoberfläche
oder Löten: Die Schmelze gibt ihre Wärme an das umgebende
können stören und erfordern dann Nacharbeit.
Wenn die Baugruppe viele Schweißpunkte oder -nähte
enthält, gelangt viel Wärme in die Baugruppe. Damit sich die
Anbindefehler: Der Fügespalt ist nicht vollständig gefüllt.
querschnitt und damit die Festigkeit.
•
Fehler, die beim Tiefschweißen am Überlappstoß auftreten können
•
geschleudert wird, entstehen Löcher. Diese verringern
Naht mitbringt, hängt von ihren Legierungsbestandteilen ab:
lässt sich das Abkühlen beschleunigen.
Material ab. Beim Laserschweißen ist die Wärmemenge zwar
wesentlich geringer als bei konventionellen Verfahren, die das
Beim Löten hängt die Qualität von der Temperatur der Fügepartner ab.
167
„Wie genau Scannerschweißen ist, wird fast immer unterschätzt. Es beeindruckt auch mich immer wieder, dass einer oder zwei bewegliche Spiegel,
die oft 1 Meter und mehr vom Werkstück entfernt sind, den Laserstrahl
auf den Zehntelmillimeter genau positionieren können. Das ist ohne Weiteres möglich.“ Dr. Wolfgang Andreasch, Entwicklung Scannersysteme
VON HANDARBEITSPLÄTZEN UND ROBOTERN
Maschinen wie die Kantenschweißmaschine oder die Rohr-
In der Scanneroptik positionieren 1 oder 2 bewegliche Spiegel
Bearbeitungszeiten geschweißt werden sollen, können sie
Wie die Laserschweißanlage aufgebaut ist, hängt von vielen
schweißanlage ein. Dabei wird entweder das Werkstück oder
den Laserstrahl blitzschnell. Das ermöglicht es, die Strahl-
auch kontinuierlich unter der Optik hindurch bewegt werden.
Faktoren ab: Form des Werkstücks, Nahtgeometrie- und Naht-
die Bearbeitungsoptik bewegt.
quelle höher auszulasten. Denn die Positionierzeiten zwischen
Man spricht dann von fliegender Bearbeitung.
2 Nähten, in denen der Laserstrahl ausgeschaltet wird, ver-
Das zweite Konzept: ein Roboter, der die Scanneroptik
3D -Anlagen und Roboter | Meist verbindet der Laser-
ringern sich fast auf Null. Scannerschweißen bietet sich vor
trägt. Der Roboter übernimmt dann die großräumigen Bewe-
strahl dreidimensionale Bauteile mit ebensolchen Nahtgeome-
allem bei vielen kurzen Nähten an. Die Schweißreihenfolge
gungen und fährt beispielsweise den Umriss einer Autotür
art, Stückzahl, Automationsgrad der Fertigung, Verfahren und
Werkstoff spielen dabei eine wichtige Rolle.
Handarbeit | An Handarbeitsplätzen werden Schweißarbei-
trien. Dann nutzt man koordinatengeführte Laseranlagen mit
lässt sich so optimieren, dass Wärmeeinbringung und Verzug
ab. Die Scanneroptik ist für die genaue Positionierung des
ten an kleinen Werkstücken ausgeführt, zum Beispiel das
5 Bewegungsachsen und einer beweglichen Optik. In der Auto-
minimal sind. Mit dem Scannerschweißen werden Überlapp-
Laserstrahls zuständig und lässt ihn hin und her, vor und
Schweißen von Schmuckstücken oder das Reparaturschwei-
mobilindustrie werden in der Regel Roboter in Kombination mit
nähte und Stumpfstöße geschweißt. Das Schutzgas wird über
zurück über das Werkstück flitzen. Scannerschweißen mit
ßen von Werkzeugen. Maschinenhersteller bieten auch hand-
Festkörperlasern eingesetzt.
die Spannvorrichtung zugeführt.
dem Roboter ist eine steuerungstechnische Meisterleistung.
Scanner schweißen | Scannerschweißen und Remote-
Anlagen zum Scannerschweißen | Wer das Scanner-
Roboter und Scanneroptik koordinieren. Im Millisekundentakt
Schweißen sind zwei Begriffe, die das Gleiche meinen: Der
schweißverfahren nutzen möchte, dem stehen 2 Maschinen-
misst sie die exakte räumliche Position des Roboters. Die
Laserstrahl wird nicht durch eine Bearbeitungsoptik nah am
konzepte zur Auswahl. Das erste: die Scannerschweißanlage.
Steuerung vergleicht die Position mit dem programmierten
strahl nur in einer Bewegungsachse schweißen kann, etwa um
Werkstück geführt, sondern von einer Scanneroptik mit großem
Das Werkstück wird im Arbeitsfeld unter der Scanneroptik
Weg. Wenn die Position abweicht, gleicht die Steuerung dies
Rohre oder Kanten zu schweißen. Hierfür setzt man spezielle
Abstand zum Werkstück (remote = englisch für fern).
positioniert und dann geschweißt. Wenn viele Teile mit kurzen
mit Hilfe der Scanneroptik aus.
Die Maschinensteuerung muss die überlagerte Bewegung von
geführte Bearbeitungsoptiken an. Diese können wie konventionelle Schweißbrenner über das Werkstück geführt werden.
1D -Anwendungen | Manchmal genügt es, wenn der Laser-
Handarbeitsplatz
178 |
Was Laser können – Verbinden
Kantenschweißmaschine
Roboter mit Scannerschweißoptik
3D-Laserschweißanlage
Schweißroboter
179
„Lange wurde das automatisierte Laserschweißen ausschließlich in Großserien eingesetzt. Wer mit dem Laser viele unterschiedliche Teile in kleinen
Stückzahlen schweißen wollte, brauchte einen Verfahrensspezialisten.
Deshalb arbeiteten wir daran, das Verfahren zu standardisieren. Mittlerweile sind die ersten Schritte getan. In Zukunft wird die automatisierte
Laserschweißanlage auch für Klein- und Mittelserien attraktiv.“
Dr. Thomas Harrer, Applikationslabor Laserschweißen
ES WIRD NOCH EINFACHER
Wärmeleitungsschweißen
Tiefschweißen
Hybridschweißen
Löten
Durchstrahlschweißen
Der Laserstrahl schmilzt die Fügepartner
an der Oberfläche auf. Die Schmelzen
vermischen sich und erstarren.
Aufgrund sehr hoher Intensitäten
Verfahrenskombination aus
Laserstrahl und MAG -, MIG -,
WIG - oder Plasma schweißen
Der Laserstrahl erwärmt die
Fügepartner und schmilzt so
den Zusatzwerkstoff, das Lot,
auf. Das flüssige Lot benetzt die
Fügepartner und verbindet sie.
Der Laserstrahl durchdringt den
transmissiven Fügepartner und
schmilzt den zweiten, absorbierenden auf. Unter Druck verbinden
sich die Fügepartner.
überwiegend Festkörperlaser (cw und
gepulst), Diodenlaser
überwiegend CO2- Laser,
CO2- Laser, cw-Festkörperlaser
cw-Festkörperlaser, Diodenlaser
Diodenlaser, cw-Festkörperlaser
Stähle, Edelstahl, Titan sowie Bunt-
Stähle, Edelstahl, Aluminium,
Titan
überwiegend Stahl und Aluminium
Stähle, Aluminium
Kunststoffe: Thermoplaste,
thermoplastische Elastomere
Laserleistung, Leistungsdichte, Schweißgeschwindigkeit oder Pulsdauer,
Strahldurchmesser auf dem Werkstück,
Schutzgas
Laserleistung, Leistungsdichte,
Schweißgeschwindigkeit, Fokusdurchmesser, Arbeits- und
Schutzgas, bei Bedarf: Zusatzwerkstoffe
Zusatzwerkstoff, Laserleistung,
Leistungsdichte, Schweißgeschwindigkeit, Arbeits- und Schutzgas,
Parameter des Zusatzgeräts
Lotwerkstoff, Laserleistung,
Vorschubgeschwindigkeit,
Strahldurchmesser auf dem
Werkstück
Werkstoffeigenschaften: Absorption,
Transmission, Streuung; Laserleistung, Strahlform und -durchmesser,
Vorschubgeschwindigkeit, Streckenenergie
Fokusdurchmesser
0,3 bis 1 Millimeter
0,1 bis 0, 6 Millimeter
0, 3 bis 0, 6 Millimeter
0, 5 bis 3 Millimeter
meist 1 bis 2 Millimeter
Wichtige Qualitätskriterien
metallurgische Eigenschaften, Fehlerfreiheit, glatte Oberfläche an Sichtkanten,
Gleichmäßigkeit
metallurgische Eigenschaften,
Fehlerfreiheit, Einhalten der gefor-
metallurgische Eigenschaften,
Fehlerfreiheit, Gleichmäßigkeit
glatte und porenfreie Nahtoberfläche, Festigkeit, Anbindung,
Gleichmäßigkeit
Festigkeit, Gleichmäßigkeit,
Dichtheit
Zwei wichtige Arbeitsgebiete für Verfahrensentwickler und
Maschinenhersteller sind derzeit das Standardisieren von
Prozessen und die Qualitätssicherung durch Sensorik.
Wie funktioniert’s?
Standardisierung | Welche Werkstoffe lassen sich mit wel-
bildet sich eine Dampfkapillare, die
tief ins Material reicht. Schlanke
und tiefe Nähte entstehen.
chem Verfahren verbinden? Und wie lauten die zugehörigen
Werte der Prozessparameter? Beim Laserschneiden finden
Anwender die Antwort in standardisierten Technologietabellen.
Welcher Laser?
Beim Laserschweißen müssen sie oft Verfahrensexperten von
Instituten oder Maschinenherstellern konsultieren. Künftig soll
sich das ändern. Standardisierte Parameter werden es dem
Welches Material?
und Edelmetalle
cw-Festkörperlaser
Anwender ermöglichen, einfacher und schneller hochwertige
Bearbeitungsergebnisse zu erzielen. Sie sind der Schlüssel,
Wichtige Prozess-
um unterschiedliche Baugruppen in kleinen und mittleren
parameter
Stückzahlen wirtschaftlich mit dem Laserstrahl verbinden zu
können, und erleichtern den Einstieg in die Technologie.
Qualitätssicherung | Ausschussteile reduzieren die Produktivität und steigern die Produktionskosten. Sensoren, die
den Prozess überwachen und die Qualität sichern, werden
immer wichtiger. Lange galten Sensoren als Luxus, den sich
nur wenige Anwender leisteten. Mittlerweile ist die Integration
von Sensoren für die Prozessüberwachung auch bei Serienmaschinen zum Standard geworden.
Maschinen und Anlagen
Handarbeitsplatz, koordinatengeführte
Laseranlage, Roboter
koordinatengeführte Laseranlage,
Roboter, Scannerschweißanlagen
koordinatengeführte Laseranlage,
Roboter
überwiegend Roboter
Scanneroptiken; koordinatengeführte Laseranlage, Roboter
Anwendungen
Blechbearbeitung: Sichtkanten; Punktverbindungen in Elektronik und
Feinmechanik; Medizintechnik
Karosserie- und Getriebebau,
Gehäusebau, Rohre und Profile
Spezialanwendungen im Stahlbau,
Beispiel: Schiffsdecks
überwiegend Autokarosserien
Konsumgüter, Automobilindustrie,
Elektronikgehäuse, Medizintechnik
Großes Potenzial | Die Laserfügeverfahren eröffnen sehr
viele Anwendungsmöglichkeiten. Hohe Qualität, geringe Nach-
derten Breite und Tiefe, geringe
Wärmeeinbringung und Verzug
arbeit und damit auch Wirtschaftlichkeit sind und bleiben
schlagkräftige Argumente für den Laser. Experten sprechen
dem Laserschweißen ein großes Potenzial zu. Sie rechnen
damit, dass sich die Verfahren in den nächsten Jahren genau
so etablieren werden wie das Laserschneiden.
180 |
Was Laser können – Verbinden
Schweiß- und Lötverfahren in Stichworten
181
Aufbauen und Laserformen
Wer gibt dem Spritzgusswerkzeug die ausgebrochene Kante zurück? Wer sorgt dafür, dass man Lenkräder schon im
sondern Material hinzuzufügen. Man spricht von generierenden
Der Rundgang durch die generierenden Verfahren beginnt mit
Entwurfsstadium in die Hand nehmen kann und sie nicht nur
Verfahren und unterscheidet dabei zwei Anwendungsfälle:
dem ältesten: dem manuellen Auftragschweißen.
•
gelenk, das sich perfekt in den Körper einpasst? Wer versieht
Material auf eine Grundform aufbringen, zum Beispiel
Schneidkanten? Wieder lautet die Antwort: der Laser.
•
2
Aus Titanpulver aufgebaute, individualisierte Hüftprothese:
Die Porosität der Oberfläche erleichtert das Einwachsen.
3
Reparieren statt neu produzieren: Auftragschweißung an einem
beschädigten Bauteil aus Aluminium
Auftragschweißen | Manuelles Auftragschweißen ist im
ein Werkzeug reparieren oder veredeln
das Bohrwerkzeug mit besonders verschleißbeständigen
Dieses beschädigte Gesenkschmiedewerkzeug bekam mittels
Direct Metal Deposition (DMD) seine ursprüngliche Form zurück.
FORMEN ERSCHAFFEN AUS PULVER UND DRAHT
Diesmal besteht seine Aufgabe nicht darin, Material abzutragen,
auf Präsentationsfolien sieht? Wer macht das individuelle Hüft-
1
Prinzip nichts anderes als Schmelzschweißen mit Zusatz-
ein Bauteil komplett aufbauen, zum Beispiel einen
werkstoff. Der Unterschied: Der Zusatzwerkstoff dient nicht
Prototyp oder Funktionsteile herstellen
dazu, breite Fügespalte aufzufüllen. Vielmehr wird damit eine
bestimmte Form auf die Werkstückoberfläche aufgetragen.
Der Zusatzwerkstoff gelangt als dünner Draht an die
Metallische Formen oder Teile lassen sich mit folgenden Verfahren bearbeiten beziehungsweise aufbauen:
•
manuelles Auftragschweißen
•
automatisiertes Auftragschweißen –
Bearbeitungsstelle. Typische Durchmesser liegen zwischen
0,15 und 0, 6 Millimetern. Der Laserstrahl schmilzt den Draht
Direct Metal Deposition (DMD)
•
direktes Laserformen
•
Metall -Lasersintern
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Auftragschweißen kommt überall dort zum Einsatz, wo Mate-
auf. Die Schmelze verbindet sich fest mit dem Grundwerk-
rial durch Verschleiß und Beschädigung oder wegen einer
stoff, der ebenfalls angeschmolzen wird, und erstarrt wieder.
Designänderung fehlt, zum Beispiel
Zurück bleibt eine kleine Erhebung. Punkt für Punkt, Linie
für Linie und Schicht für Schicht trägt der Schweißer die
•
von Spritzgusswerkzeugen,
gewünschte Form auf. Der Arbeitsprozess wird durch einen
Um Formen und Teile aus Kunststoffen herzustellen, kommen
Gasstrom aus Argon von der Luft abgeschirmt.
im Werkzeug- und Formenbau zum Reparieren
•
im Maschinenbau zum Instandsetzen von Lagersitzen
(Reibungsflächen des Lagers) oder
Stereolithografie oder Kunststoff-Lasersintern in Frage.
•
im Turbinenbau zum Reparieren von Turbinenschaufeln.
Beim manuellen Auftragschweißen wird der beschädigte
Bereich zunächst abgeschliffen und gereinigt. Anschließend
trägt der Schweißer neues Material auf. Zum Schluss wird die
ursprüngliche Form wiederhergestellt, etwa durch Schleifen,
Drehen, Fräsen oder Erodieren. Bevor es den Laser gab, erledigte man solche Reparaturen mit konventionellen Schweißverfahren, etwa dem WIG-(Wolfram-Inert-Gas-) Auftragschweißen.
Mit diesen Verfahren lässt es sich jedoch nicht sehr präzise
arbeiten: Der Lichtbogen des WIG -Brenners erwärmt das
Werkstück großflächig. Dadurch kann es sich verziehen. Tiefe
1
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Was Laser können – Aufbauen und Laserformen
2
Manuelles Laserauftragschweißen: Der Laserstrahl schmilzt den
Zusatzdraht und trägt Material auf die Werkstückoberfläche auf.
Spalten und Innenkanten erreicht der Lichtbogen nicht, weil
er von den Wänden abgelenkt wird.
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Oberflächen behandeln
1
Laserhärten einer Turbinenschaufel: Weiße Farbe erhöht die Absorption
und verbrennt bei der Bearbeitung. Links ist die Härtespur sichtbar.
Stickstoff strömt aus der zylindrischen Düse und hält die Flamme klein.
2
An dieser Welle eines Turboladers sind die Lagerstellen lasergehärtet.
HÄRTEN, UMSCHMELZEN, BESCHICHTEN
Metallgitter nicht in die Ausgangsform zurückbilden und Mar-
An Tiefziehwerkzeugen reibt das Werkstück beim Verformen.
Laserhärten, -umschmelzen und -beschichten erzeugen die
tensit entsteht. Martensit ist ein sehr hartes Metallgefüge. Die
Bewegung, Reibung, Spannung, Druck, Schmutz und Chemi-
Oberflächeneigenschaften auf verschiedene Weise. Die Ver-
Umwandlung in Martensit führt zu einer Härtesteigerung.
kalien verschleißen nicht nur Werkzeuge, sondern auch andere
fahren eignen sich vor allem für metallische Werkstoffe.
Biegewerkzeuge müssen sehr großen Kräften standhalten.
Bauteile in Maschinen und Anlagen. Stücke brechen aus;
Risse entstehen; Schichten bilden sich auf der Oberfläche
durch chemische Reaktionen.
Um Bauteile beständiger gegen Belastungen zu machen,
wird ihre Oberfläche behandelt. Neben vielen konventionellen
Der Laserstrahl härtet die Randschicht des Werkstücks.
Typisch sind Randhärtetiefen von 0,1 bis 1, 5 Millimetern, bei
Härten | Laserhärten zählt zu den Randschichthärteverfah-
manchen Werkstoffen auch 2,5 Millimeter und mehr. Je größer
ren. Es wird ausschließlich bei Eisenwerkstoffen angewendet,
die Randhärtetiefe werden soll, umso größer muss das um-
die sich härten lassen. Das sind Stähle und Gusseisen mit
gebende Volumen sein, damit die Wärme schnell abgeleitet
Kohlenstoffanteilen über 0, 2 Prozent.
wird und die Härtezone sich schnell genug abkühlt.
Verfahren gibt es hierfür auch Laserverfahren: Laserhärten,
Um das Werkstück zu härten, erwärmt der Laserstrahl die
Zum Härten werden relativ niedrige Leistungsdichten benö-
-umschmelzen und -beschichten. Diese Verfahren machen
Randschicht meist bis knapp unter die Schmelztemperatur, auf
tigt. Gleichzeitig soll das Werkstück flächig bearbeitet werden.
Bauteile auf unterschiedliche Art und Weise belastbarer, zum
etwa 900 bis 1 400 Grad Celsius. Sobald die Soll-Temperatur
Deshalb formt man den Laserstrahl so, dass er eine möglichst
Beispiel indem sie Härte und Zähigkeit erhöhen, die Oberflä-
erreicht ist, bewegt sich der Laserstrahl und erwärmt dabei
große Fläche bestrahlt. Gängig sind rechteckige Bestrahlflä-
chenstruktur verändern, Druckspannungen in der Oberfläche
die Oberfläche in Vorschubrichtung kontinuierlich. Durch die
chen. Scanneroptiken werden ebenfalls zum Härten eingesetzt.
hohe Temperatur verändern die Kohlenstoffatome im Metall-
Sie bewegen einen Laserstrahl mit rundem Fokus sehr schnell
erzeugen oder Schutzschichten aufbringen.
Vorteil des Lasers gegenüber konventionellen Verfahren:
gitter ihre Position (Austenitisierung). Sobald der Laserstrahl
hin und her. Auf dem Werkstück entsteht eine Linie mit nahezu
Der Laser bearbeitet unregelmäßige, dreidimensionale Ober-
sich weiterbewegt, kühlt das umgebende Material die heiße
gleichmäßiger Leistungsdichte. So lassen sich Härtespuren mit
flächen genauso leicht wie ebene, regelmäßige. Und bei Be-
Schicht sehr schnell ab. Man spricht dabei von der Selbst-
bis zu 60 Millimeter Breite erzeugen.
darf kann die Oberfläche auch nur partiell behandelt werden.
abschreckung. Durch das schnelle Abkühlen kann sich das
Zu den konventionellen Randschichthärteverfahren gehören Flammhärten und Induktionshärten. Vorteil des Laserhär-
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tens: Das Werkstück kühlt sich selbst. Andere Verfahren
benötigen Wasser, um das Werkstück abzukühlen. Dank der
geringen Wärmeeinbringung bleibt der Verzug gering. Der
Aufwand für Nacharbeiten verringert sich oder entfällt ganz.
Bei unregelmäßigen, dreidimensionalen Geometrien ist der
Laser ebenfalls im Vorteil, denn er kann in beliebigen Bahnen
über das Werkstück geführt werden. Laserhärten lohnt sich
wegen dieser Flexibilität bereits bei kleinen Losgrößen.
Einziger Nachteil: Wenn sich Härtespuren überlappen, wird
das Material an der Grenze zwischen neuer und vorhergehender Härtespur erneut erwärmt. In dieser Anlasszone sinkt der
Prinzip des Laserhärtens: Der Laserstrahl erhitzt die Randschicht des
Metalls. Durch schnelles Abkühlen wird sie hart.
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Was Laser können – Oberflächen behandeln
Härteeinbruch: Wo sich Härtespuren überlappen, entsteht in der Randschicht ein Bereich mit geringerer Härte, die Anlasszone.
Härtegrad. Bei dynamisch belasteten Teilen muss die Lage
der Anlasszonen beachtet und angepasst werden.
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Beschichten oder DMD? Direct Metal Deposition und Beschichten
haben Gemeinsamkeiten: Bei beiden Verfahren schmilzt der Laserstrahl
Zusatzwerkstoffe auf, die auf die Werkstückoberfläche aufgetragen
werden. Der Unterschied: Von DMD spricht man, wenn dicke Schichten
mit einer spezifischen Form aufgetragen werden. Von Beschichten ist
die Rede, wenn lediglich eine dünne Schicht aufgetragen wird, die das
Werkstück ummantelt.
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Beschichteter Ziehdorn: Die verschleißfeste Oberfläche erhöht
die Standzeit des Werkzeugs.
versehen. Chrom, Nickel und Titan machen die umgeschmol-
Schicht in einem zweiten Schritt mit dem Grundwerkstoff.
zene Schicht korrosionsbeständiger. Karbide verbessern die
Das Laserbeschichten eignet sich besonders gut, um Werk-
Nach der Bearbeitung muss die Oberfläche die geforderten
Verschleißfestigkeit. Wenn sich Schmelze und Zusatzstoffe
stückoberflächen partiell zu verändern. Ein Beispiel: Die Ven-
Gebrauchseigenschaften aufweisen. Zu den wichtigsten zäh-
vollständig vermischen, spricht man vom Legieren. Wenn hin-
tile im Motor werden durch starke Temperaturschwankungen,
len Härte und Korrosionsbeständigkeit.
gegen die Zusatzstoffe nur in das Material eingelagert werden,
aggressive Substanzen und Reibung beansprucht. Deshalb
bezeichnet man den Vorgang als Dispergieren.
bekommen sie eine Schutzschicht in dem Bereich, in dem
sie öffnen und schließen.
Umschmelzen: Der Laserstrahl schmilzt die Oberfläche des Werkstücks.
Beim Abkühlen erstarrt das Metall mit einem feineren Gefüge.
Umschmelzen | Wenn der Laserstrahl die Oberfläche nicht
BESTÄNDIGKEIT MADE BY LASER
Härte und Korrosionsbeständigkeit | Der Werkstoff
muss den geforderten Härtegrad erreichen. Wie hart ein Werk-
Beschichten | Beim Beschichten schmilzt der Laserstrahl
stoff ist, lässt sich in Härtegraden nach Vickers (HV) oder in
in erster Linie einen Zusatzwerkstoff auf. Der Zusatzwerk-
Härtegraden nach Rockwell (HRC) angeben. Um den Härte-
stoff verbindet sich mit der Werkstückoberfläche und bildet
grad zu ermitteln, drückt man einen Prüfkörper mit einer defi-
eine separate Schicht, die typischerweise zwischen 0, 5 und
nierten Kraft in die Oberfläche. Dabei bleibt ein Eindruck im
einigen Millimetern dick ist. Wo sich Grundwerkstoff und
Material zurück. Anhand seiner Maße kann man den Härtegrad
Beschichtung verbinden, vermischen sich die Werkstoffe. Die
in einer Tabelle ablesen.
Dicke dieser Verbindungszone soll möglichst gering sein.
Um die Korrosionsbeständigkeit zu testen, wird das Teil
Es gibt zwei Möglichkeiten, den Zusatzwerkstoff zuzufüh-
nur erwärmt, sondern kontinuierlich aufschmilzt, spricht man
einer Salznebel -Atmosphäre ausgesetzt. Der Salznebel greift
vom Umschmelzen. Je nach Werkstoff kann Umschmelzen
ren. Die erste besteht darin, ihn in Pulverform über eine Düse
das Material an und zersetzt es. Als Maßstab für die Korrosi-
den Härtegrad oder die Korrosionsbeständigkeit erhöhen.
direkt in das Schmelzbad zu leiten – analog dem Direct Metal
onsbeständigkeit gilt der Schichtabtrag pro Tag.
Der Umschmelzprozess ähnelt dem des Wärmeleitungs-
Deposition (DMD). Die andere Variante: Der Zusatzwerkstoff
schweißens. Wenn die Schmelze erstarrt, kristallisiert das Me-
wird in einem ersten Schritt auf die Werkstückoberfläche auf-
tall und bildet ein neues Gefüge (Neukristallisation). Das neue
getragen, und der Laserstrahl verschmilzt die aufgetragene
Einstufiges Laserbeschichten: Für die Beschichtung wird der Zusatzwerkstoff als Pulver zugeführt und aufgeschmolzen.
Gefüge ist gleichmäßiger und feiner als vor der Bearbeitung.
Weitere Kriterien | Über die geforderten Gebrauchseigenschaften hinaus müssen die bearbeiteten Oberflächen folgende
weiteren Kriterien erfüllen:
Seine Eigenschaften sind verändert.
•
Umschmelzen wird vor allem bei Gussteilen eingesetzt.
umgeschmolzene Schicht muss die geforderte Tiefe
Ein Beispiel ist die Nockenwelle, die die Motorventile im Fahr-
und Breite aufweisen.
zeug steuert. Ihre Laufflächen werden durch Umschmelzen
und rasches Abkühlen verschleißbeständiger gemacht. Wäh-
•
•
•
der Randschicht gezielter zu beeinflussen, können Zusatzstoffe in die Schmelze eingebracht werden. Preiswerte Grund-
Was Laser können – Oberflächen behandeln
Homogenität | Die Eigenschaften müssen innerhalb
der bearbeiteten Zone möglichst gleich sein.
Umschmelzen mit Zusatzstoff | Um die Eigenschaften
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Schichtdicke | Beim Beschichten muss die Dicke der
Schicht dem geforderten Wert entsprechen.
rend der Bearbeitung entsteht im Gusseisen Ledeburit, ein
extrem hartes Gefüge.
werkstoffe lassen sich so mit hochwertigen Randschichten
Bearbeitungstiefe und -breite | Die gehärtete oder
1
Zweistufiges Laserbeschichten: Erst wird der Zusatzwerkstoff aufgetragen.
Dann verschmilzt ihn der Laser mit der Oberfläche.
Fehlerfreiheit | Die Oberfläche muss rissfrei sein.
Dies betrifft vor allem Schichten, die das Bauteil vor
Korrosion schützen. Das Gefüge muss porenfrei sein.
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1
Die Gravur auf diesem Zahnrad zeigt Herkunft und Produktnummer.
„Qualität ist ein dehnbarer Begriff, und Laserbeschriften unterliegt oft
vorgegebenen Zykluszeiten. Wenn etwa in 1, 5 Sekunden ein Schalter
beschriftet sein soll, müssen wir einen Kompromiss finden zwischen der
geforderten Qualität und dem, was in der vorgegebenen Zeit machbar ist.“
Tobias Horer, Applikationslabor Laserbeschriften
PRÄZISE, FEIN UND DAUERHAFT
Um die Qualität einer Markierung zu bewerten, können folgen-
SCHÖNSCHRIFT IST EINSTELLUNGSSACHE
Im Fertigungsprozess ist das Beschriften oft nur ein Schritt
de Qualitätskriterien herangezogen werden:
Zwei Dinge sind beim Beschriften entscheidend. Erstens: die
neben vielen. Nebensache also? Weit gefehlt! Denn in Sekun-
•
den oder sogar in Sekundenbruchteilen sollen Logos, Codes,
Kontrast | Die Markierung soll sich deutlich von der
Farbe des Grundwerkstoffs abheben.
Symbole und Informationen auf das Teil gebracht werden.
Hohe Qualität in kurzer Zeit bei flexiblen Formen und In-
•
halten – Laserbeschriften macht es möglich. Wenn die Zykluszeiten sehr kurz sind, gilt es, einen Kompromiss zwischen
•
geforderter Zeit und machbarer Qualität zu finden.
stück schreibt. Besonders präzise und detailreiche Schriftbilder lassen sich mit Scanner-Beschriftungssystemen erzielen.
Konturtreue und Detailschärfe | Die Kontur der
abgebildet sein.
•
die Präzision, mit der der Laser die Markierung ins Werk-
gesamten Schriftbild gleichmäßig sein.
übereinstimmen. Details müssen genau genug
•
graviert oder nur ein Farbumschlag erzeugt wird. Zweitens:
Homogenität | Die Farbe der Markierung soll im
Markierung soll möglichst genau mit der geforderten
•
Eigenschaften des Laserstrahls. Sie entscheiden darüber, ob
Der Laserstrahl | Beschriftungslaser arbeiten typischerweise mit kurzen Laserpulsen und hoher Pulsleistung. Wer
die Parameter einstellt, muss wissen, welcher Werkstoff mit
welchem Verfahren beschriftet werden soll. Anlassfarben im
Positionsgenauigkeit | Die Position der Markierung
Metall zu erzeugen erfordert mehr Energie und eine höhere
soll mit dem geforderten Wert übereinstimmen.
Leistungsdichte als Kunststoff zu verfärben.
Beständigkeit | Die Markierung muss kratz- und
Pulsleistung, -dauer und -frequenz bestimmen, wie viel
abriebfest sein. Sie darf keine Mikrorisse haben und
Energie zur Verfügung steht, und damit auch die Wechsel-
muss korrosionsbeständig sein.
wirkung des Laserstrahls mit dem Werkstoff. Typisch sind
Gratfreiheit | Hochwertige Gravuren müssen gratfrei
100 Kilowatt. Bei niedrigen Frequenzen, kurzen Pulsen und
sein, da sonst Nacharbeit erforderlich ist.
Bearbeitungswerte für das Gravieren, Abtragen, Verfärben und Anlassen.
Pulsleistungen im Kilowattbereich – von einigen bis über
Ist die Geschwindigkeit zu hoch, werden einzelne Laserpulse sichtbar.
sehr hohen Pulsleistungen verdampft das Material: Es wird
graviert. Beim Anlassen wählt man hingegen hohe Frequen-
1
210 |
Was Laser können – Beschriften
Lasermarkierungen überzeugen durch hohe Qualität. Trotzdem können
Fehler entstehen. Die Grafik zeigt einige davon.
zen, mittlere Pulsdauern und niedrigere Pulsleistungen, da
Präzise führen | Spiegel führen den Laserstrahl mit hohen
der Werkstoff nur erwärmt werden soll.
Geschwindigkeiten über das Werkstück. Diese Ablenkge-
Fokusdurchmesser und -lage bestimmen die Leistungs-
schwindigkeit und die Pulsfrequenz müssen aufeinander
dichte an der Werkstückoberfläche. Zum Beschriften wird der
abgestimmt sein. Jeder Laserpuls erzeugt einen Bildpunkt.
Laserstrahl auf einen Durchmesser von einigen 10 Mikrome-
Wenn die Ablenkgeschwindigkeit zu hoch ist, liegen die Bild-
tern fokussiert. Damit dies gelingt, muss seine Strahlqualität
punkte so weit auseinander, dass keine geschlossene Linie
sehr hoch sein. Der Fokus liegt auf der Werkstückoberfläche.
mehr entsteht. Je höher die Pulsfrequenz ist, desto höhere
Die Pulsfrequenz liegt beim Beschriften üblicherweise zwi-
Ablenkgeschwindigkeiten sind möglich. Damit der Laser prä-
schen 10 und 100 Kilohertz. Jeder Laserpuls erzeugt einen
zise Konturen erzeugt, müssen die Spiegel sehr präzise arbei-
winzigen Punkt auf dem Werkstück. Die Punkte überlagern sich
ten. Darüber hinaus muss die Anregung der Strahlquelle genau
und werden zu feinen Linien oder zu Flächen, wenn der Laser
auf die Spiegelbewegungen abgestimmt sein, damit der Laser-
Linie an Linie nebeneinander setzt.
puls den Bildpunkt auch an der richtigen Stelle setzt.
211
1
Mein Diamant oder dein Diamant? Diamanten sind nicht nur sehr teuer,
sondern härter als alle anderen Materialien. Wenn solche Schmucksteine
verschenkt werden, ist es also kein Wunder, dass die Widmung immer ins
Innere des Rings graviert wird und nie in den Stein selbst. Mit dem Laser
ließe sich das ändern. Mikroskopisch klein könnte der Name der Besitzerin
im Diamant verewigt werden.
Ein ultravioletter Laserstrahl beschriftet diese Hörgeräte.
EINE FRAGE DER WELLENLÄNGE
WERTE, DENEN MAN TRAUEN KANN
wir die gleiche Skala für alle Geräte. Nach der Montage
1 Mikrometer im nahen Infrarot. CO2-Laser werden häufig
„Das ist unser laserbeschriftetes Sphygmomanometer aus
Jörg Ringwald. Für die laserbeschrifteten Messgeräte gilt umgekehrt: Erst messen, dann beschriften.
Zur Beschriftung hochwertiger Güter werden meist gepulste
Festkörperlaser verwendet. Ihre Wellenlänge liegt bei etwa
musste jedes Gerät manuell eingestellt werden“, erinnert sich
bei Massenprodukten eingesetzt. Ihre Wellenlänge liegt mit
der ‚DuraShock‘-Reihe“ – Jörg Ringwald kommt dieses Wort
10, 6 Mikrometern im fernen Infrarot. Damit das Werkstück
leicht über die Lippen. Wer nicht vom Fach ist, schaut ihn
effizient und schnell bearbeitet werden kann, muss der Werk-
verständnislos an. Sphygmomanometer sind Blutdruckmess-
nimmt zunächst eine Kamerastation die Zeigerstellung des
stoff die Wellenlänge des Lasers möglichst gut absorbieren.
geräte und Jörg Ringwald ist Geschäftsführer der Welch Allyn
Messgeräts an mehreren Druckpunkten auf und ordnet sie
GmbH + Co. KG in Jungingen, die solche Blutdruckmess-
den Zahlenwerten der Skala zu. Das Steuerungsprogramm
Grün und ultraviolett | Einige Werkstoffe wie Glas oder
geräte herstellt, – eine Tochterfirma der Welch Allyn Inc. USA.
der Beschriftungsanlage passt die Skala automatisch an, und
spezielle Kunststoffe sind für die oben genannten Wellenlän-
Welch Allyn ist ein führender Hersteller von diagnostischen
der Laser beschriftet das Anzeigeblatt. Dazu trägt er die Be-
gen der Festkörperlaser transparent. Um sie bearbeiten zu
Medizingeräten – vom Überwachungsmonitor bis zum Ther-
schichtung einer speziellen Laserbeschriftungsfolie ab. Skala,
können, wird die Grundwellenlänge mit Hilfe von nichtlinea-
mometer. „Unsere Produkte werden zu 80 Prozent im profes-
Zahlen, Produktname und Logo werden sichtbar – gestochen
ren Kristallen verändert. Festkörperlaser emittieren dann zum
sionellen Bereich eingesetzt, etwa in Krankenhäusern und
scharf und absolut präzise.
Jedes Messgerät bekommt eine individuelle Skala. Dazu
Beispiel grünes Licht mit einer Wellenlänge von 532 Nanome-
bei niedergelassenen Ärzten“, erläutert der Geschäftsführer.
„Mit 20 Quadratmeter Grundfläche ist die Laserbeschrif-
tern (Frequenzverdopplung) oder ultraviolettes Licht mit einer
„Dort sind analoge Blutdruckmessgeräte ein Muss, weil Ärzte
tungsanlage nicht besonders groß“, sagt Jörg Ringwald. Doch
Wellenlänge von 355 Nanometern (Frequenzverdreifachung).
mit ihnen die Blutdruckwerte selbst und mit einer höheren
diese 20 Quadratmeter stecken voller High Tech: Ein Festkör-
Genauigkeit bestimmen können als dies mit digitalen Geräten
perlaser versorgt 2 kombinierte Kamera- und Beschriftungs-
möglich ist.“ Für höchste Anzeigegenauigkeit sorgt der Laser,
stationen, die die Messeinheiten im Minutentakt fertig stellen.
der die Mess-Skala auf das Anzeigeblatt schreibt. Man sieht
In der Mitte der Anlage steht ein kleiner Roboter. Er greift die
es zwar nicht, aber jede Skala ist ein Unikat.
Beim Messen des Blutdrucks hebt sich eine Membran im
Innern des Messgeräts, wenn der Druck steigt. Eine Spiral-
Messeinheiten von der Palette, legt sie in die Kamera- und
Beschriftungsstation ein. Nach dem Beschriften legt er die
fertigen Messgeräte in Paletten ab.
feder setzt diese Aufwärtsbewegung in eine Drehbewegung
Die Laserbeschriftungsanlage läuft auf Hochtouren. „Zur-
um: Der Zeiger schlägt aus und zeigt den Messwert an.
zeit beschriften wir hier 1 200 Messeinheiten pro Tag im Mehr-
Blutdruckmessgerät mit laserbeschriftetem Anzeigeblatt: Die Skala ist
exakt vermessen und individuell angepasst.
0,8 Millimeter Hublänge werden dabei in eine Zeigerdrehung
schichtbetrieb“, sagt der Geschäftsführer. „Die Genauigkeit
Nachfrage nach den laserbeschrifteten Blutdruckmessgerä-
von 342 Grad umgesetzt. Wenn der Arzt einen Wert von 120
der Laserbeschriftung, die Schockresistenz und die damit
ten. Ringwald hat gute Erfahrungen gemacht: „Die vollauto-
zu 80 mmHg (Millimeter Quecksilbersäule) misst, bewegt sich
verbundene Langzeitstabilität zeichnen unsere Geräte aus.
matisierte Beschriftungsanlage spart Zeit und sichert die
die Membran dabei nur um einige Hundertstelmillimeter. Der
Sie garantieren höchste Zuverlässigkeit im rauen Klinikalltag
Qualität.“ Die Geräte werden nach den strengen Vorgaben und
Zeiger dreht sich hingegen um 45 Grad. Da die Eigenschaf-
und in der Notfallversorgung.“ Raue Zeiten bekommt man
Richtlinien der amerikanischen Federal Drug Administration
ten der Bauteile variieren, ändert sich der Zeigerausschlag
in Jungingen deshalb direkt zu spüren: Wenn es irgendwo
(FDA) gefertigt und geprüft. „Den Messwerten unserer Geräte
bei gleichem Hub von Gerät zu Gerät. „Früher verwendeten
auf der Welt einen humanitären Großeinsatz gibt, steigt die
können Sie also voll vertrauen.“
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Was Laser können – Beschriften
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