Industrielle Lasermaterialbearbeitung

Die vergleichsweise technologisch anspruchsvolle Aufgabe der Erzeugung von Laserstrahlen ist in den vergangenen Jahren als Anwendungshemmnis in den Hintergrund getreten. Sinkende Kosten in Anschaffung und Betrieb sind als Zeichen breiter Nutzung von Systemen in der Industrie zu sehen.

Die industrielle Lasermaterialbearbeitung im Labor der Hochschule Emden/Leer gliedert sich in die Bereiche Fügen, Trennen und Oberflächenbearbeitung. Durch die im November 2020 angeschaffte Laserzelle können im Hinblick auf Trennen und Fügen auch komplexe, dreidimensionale Geometrien bearbeitet werden.

Die Lasermaterialbearbeitung untersucht und entwickelt Verfahrens- und Prozessparameter im Bereich der industriellen Anwendung des Maschinenbaus und angrenzenden Branchen. Insbesondere die Entwicklung der regenerativen Herstellung und Instandsetzung von (Groß)-Bauteilen ist ein Schwerpunkt der Arbeitsbereiche. Die Qualifizierung der Arbeitsergebnisse wird durch den Laborbereich der Werkstoffkunde begleitet.

Laserfügen von metallischen Werkstoffen

Die Laserzelle ist eine wesentliche Ergänzung zur Maschinenausstattung im Bereich der Lasertechnik. Hierdurch verfügt das Labor nun über die Möglichkeit ohne Umspannen von Werkstücken, eine dynamische dreidimensionale Bearbeitung durchzuführen. Dies wird durch einen Kuka-Roboter Modell KR 30-3 mit hoher Tragkraft sowie großer Wiederholgenauigkeit und einen zusätzlichen Dreh-Kipptisch gewährleistet. 

Der Hochleistungshybridlaser kann sowohl als Diodenlaser mit 4kW oder als Faserlaser mit 2,4kW mit exzellenter Strahlqualität betrieben werden [ https://www.laserline.com/de-int/ldf-serie-mit-strahlkonverter/]

Das Lasersystem ist mit zwei Strahlausgängen ausgestattet, sodass die zwei Prozesseinheiten (Fügen und Trennen) durch ein Schnellwechselsystem am Roboter positioniert werden können. Unterschiedliche Schweißverfahren mit und ohne Schweißzusatz sind durchführbar und werden durch eine Temperaturüberwachung zur Prozessregelung ergänzt.

Nähere Informationen zum Laser und Roboter finden sie hier [ Flyer Laserzelle ]

Laserfügen von Kunststoffen

Beim Verfahren des Durchstrahlungsschweißens mit Lasern von Kunststoffen wird das Laserlicht durch Absorption in Wärme umgewandelt. Ein darüber fest aufliegender transparenter Fügepartner wird durch Wärmeleitung erwärmt und durch Diffussionsprozesse werden die Bauteile vereinigt. Damit lassen sich Verbindungen schaffen, die an die Eigenschaften des unbehandelten Materials heranreichen.

Hierfür steht u.a. ein Laser der Firma LaserLine LDL 40 (150W in CW-Betrieb, Wellenlänge 808 ±10 nm) zur Verfügung. Der in einem weiten Leistungsbereich variierbare Diodenlaser steht für Untersuchungen von Materialkombinationen und Verfahrensabwandlungen zur Verfügung.

Laserschneiden

Das Laserschneiden ist im Laborbereich für industrielle Lasermaterialbearbeitung ein weiteres Fachgebiet. Hierfür stehen zwei Systeme zur Verfügung.

  • 2D-Flachbettanlage: Laserschneidsystem Laserlab-LSS für Mittelformatplatten (2,5m*1,25m) mit CO2-Laser (Rofin-Sinar Typ RS2000 SM, 2kW) mit abstandsgeregelten Schneidkopf von Precitec
  • 3D-Roboteranlage: 6-Achs-Roboter Kuka Modell KR 30-3 mit Dreh-Kipptisch für flexible dreidimensionale Bearbeitung, ausgestattet mit Faserlaser (Laserline mit 2,4kW) mit abstandsgeregelten Schneidkopf von Precitec.

Die hochpräzisen Schneidsysteme ermöglichen einen breiten Anwendungsbereich bei dünnen bis mittleren Materialdicken. Es werden die Verfahren Laserbrenn-, Laserschmelz und Lasersublimierscheiden angewendet. Zudem können auch neben metallischen Werkstoffe (Eisen- und Nichteisenmetalle) auch organische Werkstoffe wie z.B. Holz geschnitten werden.

Oberflächenbearbeitung

Die Oberflächenbearbeitung mit Lasern ist heute eine Standardtechnologie. Eine Variation der Leistung in einem weiten Spektrum ermöglicht dabei unterschiedliche Bearbeitungen der Oberflächen/Randschichten. Durch einen leistungsstarken Laser, hohe Geschwindigkeiten und hohe Positionierungsgenauigkeiten lassen sich auf unterschiedlichsten Oberflächen technologische Veränderungen wie z.B. bei Härten erreichen oder feinste Abbildungen darstellen.

Zum flexiblen Laserhärten von Metallen wird ein Diodenlasersystem mit 4kW mit diversen Optiken für unterschiedliche Strahlgeometrien  mit einem Robotersystem kombiniert und der Prozess durch eine online-Temperaturüberwachung geregelt. [ Flyer Laserzelle ]

Zur Lasermarkierung steht ein Festkörperlaser der Firma IPG Laser GmbH (Modell YLR-200, 200 W, Fokusdurchmesser 50µm) mit Scannersystem zur Strahlbewegung zur Verfügung. Für die die Laserbeschriftung können durch Wärmeeintrag auf der bestrahlten Oberfläche Kontraste durch Anlassfarben, Gravieren und Abtragen erzeugt werden.