Als weltweite Leitmesse der Branche zeigte die Laser 2001 die Entwicklungstendenzen in der Lasertechnik auf: Die Trends zu höherer Ausgangsleistung und Strahlqualität und damit zu gesteigerter Produktivität und Produktqualität.
Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Bernhard Reichenbach
Mag sich der Konjunkturhimmel auch eintrüben – für die Laserbranche scheint noch immer die Sonne. Das dokumentieren nicht nur die weiterhin zweistelligen Wachstumsraten bei Herstellern von Laserquellen und -systemen, sondern auch die Zahlen der Messe Laser 2001, die kürzlich in München stattfand. Bei den Ausstellern war mit 925 ein Plus von gut 5 % zu verzeichnen, und die Besucherzahl stieg sogar um 8,5 % auf 16 000.
Umfragen der Messe München ergaben, dass 85 % der Aussteller die gegenwärtige wirtschaftliche Situation mit gut bis ausgezeichnet beurteilen. Für die Zukunft erwarten 48 % der Aussteller ein weiteres Wachstum, 39 % rechnen damit, dass sich die gegenwärtige Marktsituation fortsetzt, und nur 7 % gehen davon aus, dass sich die Lage verschlechtert.
Strahlscanner erlaubt rasche Verlagerung des Fokus auf dem Teil
Die Leitmesse der Branche dokumentierte die aktuellen Entwicklungstrends: Die Laser werden immer kompakter, leistungsstärker und präziser, außerdem sind sie zuverlässiger, flexibler und einfacher zu handhaben als ihre Vorgänger. Von wissenschaftlicher Seite wurden innovative Verfahren wie das Laserschneiden von Metallpräzisionsfolien oder das laserbasierte Justieren, Löten und Schweißen von Mikro-Bauteilen vorgestellt. Im Makro-Bereich waren es zukunftsträchtige Hybrid-Verfahren wie das laserunterstützte Drehen, Fräsen, Drückumformen und Lichtbogenschweißen oder das Schweißen neuer Werkstoffe mittels einer Kombination von Festkörper- und Diodenlaser.
Makro-Bearbeitung
Zu den interessantesten Innovationen im Bereich der CO2-Strahlquellen, der Arbeitspferde der Lasermaterialbearbeitung, zählte der TLF 3000 turbo HQ der Trumpf GmbH + Co. KG, Ditzingen. Laut Hersteller besitzen die Laser des Typs TLF in HQ-Ausführung eine besonders hohe Strahlqualität, die im Falle der neuen 3-kW-Strahlquelle mit k = 0,9 angegeben wird. Die Fokussierbarkeit soll nahe der physikalischen Grenze liegen. „Damit sind wir in diesem Leistungsbereich an die Grenzen des technisch Machbaren gestoßen“, betont Dr. Reinhard Wollermann-Windgasse, Sprecher des Geschäftsbereichs Lasertechnik der Trumpf-Gruppe. „Die im Fokus zu erzielende Spitzenintensität ermöglicht sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten.“ Die Produktivitätsvorteile sollen sich auch beim Laserschweißen von Dünnblech zeigen.
Bei den lampen- und diodengepumpten Festkörperlasern, deren Einsatz in der industriellen Fertigung stetig zunimmt, präsentierte die Rofin-Gruppe, Hamburg, ein spezielles Konzept der diodengepumpten Variante: den Scheibenlaser. Die in einer Produktstudie vorgestellte Yb:YAG-Strahlquelle besitzt statt eines Stabes eine Scheibe als Lasermedium. Hauptvorteil der Entwicklung: eine deutlich verbesserte Strahlqualität, die den Laser nicht nur zum Schweißen, sondern auch zum Schneiden befähigen soll. Aus nur einer Scheibe soll der Laser eine Ausgangsleistung von 750 W bei einer Strahlqualität von 5 mm x mrad oder 1250 W bei 12 mm x mrad liefern. „Der Wirkungsgrad liegt mit 20 Prozent etwa doppelt so hoch wie bei konventionellen Konzepten“, nennt der Vorstandsvorsitzende Dr. Peter Wirth einen weiteren Vorzug. Erste Anwendungen sollen im Bereich des Automobilbaus liegen.
Neues gibt es auch bei den Diodenlasern: Mit Dioscan stellte die Laserline GmbH, Koblenz, erstmals eine Reihe von Diodenlasern bis 500 W Ausgangsleistung vor, die über einen integrierten Strahlscanner verfügen. Dieser ermöglicht über Spiegel eine rasche Verlagerung des Fokus auf dem zu bearbeitenden Teil, ohne dass dieses oder der Laserkopf bewegt werden müssen. Somit lassen sich Metalle und Kunststoffe besonders schnell und flexibel bearbeiten. Selbst komplexe Konturen machen keine Probleme. Zudem kann das System schnell an wechselnde Aufgaben angepasst werden. Die Laser eignen sich zum Löten, Punkt- und Konturschweißen sowie für das Quasi-Simultanschweißen von Kunststoffen.
Aufgrund des geringen Wärmeeintrags ist der Prozess verzugsarm
Ein roboterisiertes System zum Laserstrahl-Hartlöten zeigte die Erlas Erlanger Lasertechnik GmbH, Erlangen. Damit lassen sich im Karosserie-, Gehäuse- und Behälterbau hochfeste, lackierfähige Fügeverbindungen herstellen. Aufgrund des geringen Wärmeeintrags ist der Prozess verzugsarm, Beschichtungen etwa mit Zink bleiben erhalten. Bei hoher Nahtqualität sind Prozessgeschwindigkeiten bis etwa 5 m/min möglich. Eingesetzt wurden bisher Nd:YAG-Laser bis 4 kW Ausgangsleistung. „Mit einer neuen Generation von Hochleistungs-Diodenlasern bis sechs Kilowatt von Laserline lässt sich jetzt die Bearbeitungsqualität, die Prozessgeschwindigkeit und damit die Wirtschaftlichkeit steigern“, so Dr.-Ing. Stefan Gottschling, zuständig für Marketing und Vertrieb. Das Verfahren eigne sich auch zum Fügen von Mischverbindungen wie Aluminium/Stahl.
Auch beim Fügen von Kunststoff zeigt sich der Laser effizienter und flexibler als herkömmlichen Techniken wie das Kleben, das Schweißen per Ultraschall oder per Heizelement. Eine wirtschaftliche und sichere Lösung für das Laser-Durchstrahlschweißen von Kunststoffen soll der Diodenlaser-Roboter RV16 der Reis Robotics, Obernburg, bieten. Seine Besonderheit ist die in den Roboterarm der Achse 4 integrierte Laserstrahlführung. Durch den zentrischen Austritt des Strahls am Handgelenk konnte die Achse 6 des Roboters entfallen und der frei werdende Bauraum zur Strahldurchführung genutzt werden. Dank der Beweglichkeit und Kompaktheit des Handgelenkmoduls sind räumlichen Bauteile gut zugänglich.
Zum 3D-Schneiden von Kunststoffmaterial zeigte die Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH, Jena, eine 200-W-CO2-Laseranlage mit 6-Achsen-Knickarmroboter, an dessen Arm ein Laserstrahl-Scanner angebracht ist. „Da der Scanner die Lage des Fokus auf dem Werkstück sehr schnell wechseln kann, lassen sich mit dieser Kombination sowohl großflächige als auch kleine Konturen sehr schnell schneiden“, erläutert Produktmanager Dipl.-Ing. Rolf Schmeißer. Möglich sei auch das Anritzen, Perforieren und Bohren.
Mikro-Bearbeitung
Die Messe Laser 2001 bot auch eine immer breiter werdende Palette an Systemen zur Mikro-Bearbeitung von Metall, Keramik und Kunststoff, einschließlich Mikro-Schweißen und -Schneiden, -Bohren, -Abtragen und -Strukturieren. Die Haas-Laser GmbH + Co. KG, Schramberg, zeigte mit HL 101 P und HL 201 P zwei Nd:YAG-Lasergeräte einer neuen Produktreihe zum Mikro-Bohren und -Schneiden von Metall. Kurze Pulse, ein steiler Pulsanstieg und hohe Pulsspitzenleistungen charakterisieren diese Systeme ebenso, wie eine hohe Puls-zu-Puls-Stabilität. Ein Top-Hat-Profil soll für scharfe Schneid- und Bohrlochkanten sorgen. Beim HL 101 P liegt die Pulsleistung zwischen 0,5 und 8 kW, beim HL 201 P zwischen 1 und 18 kW. Hohe Strahlquali-tät ermöglicht beim Mikro-Schneiden Schnittfugen von 50 µm Breite und beim Bohren Lochtiefen bis 25 mm bei einem Schachtverhältnis von 30.
Das Multifunktions-Lasergerät MF 100 UV der LPKF AG, Garbsen, soll Metall, Keramik und Kunststoff hochpräzise bearbeiten. Mit einer kurzen Wellenlänge werden Mikro-Strukturen erzeugt. Das Gerät mit einem Arbeitsbereich von 100 mm x 100 mm – optional auch größer – verbindet hierzu eine starke gütegeschaltete UV-Laserquelle mit einem präzisen XY-Tischsystem. Es eignet sich unter anderem für Anwendungen in Elektronik, Optoelektronik, Sensortechnik und Analytik, wo Strukturen mit Abmessungen von unter 100 µm benötigt werden. Dabei handelt es sich um Durchbrüche, Löcher und Kavitäten sowie um 2D-Strukturen in Schichten und Folien. In einem Arbeitsbereich von 100 mm x 100 mm – optional auch größer – können bis zu 20 µm breite Strukturen mit einer Reproduzierbarkeit von etwa 1 µm erzeugt werden.
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