Der Strahl wird schärfer

Von unserem Redaktionsmitglied Dr. Bernhard Reichenbach bernhard.reichenbach@konradin.de

In der Materialbearbeitung werden derzeit vor allem CO2- und Festkörperlaser eingesetzt. Dies gilt insbesondere für das Tiefschweißen und Schneiden von Metall. Für Aufgaben wie das Härten, Löten oder Auftragsschweißen sind Diodenlaser besonders geeignet. Im Rahmen der Messe Laser 2005 wurden bei den genannten Lasertypen zahlreiche Neu- und Weiterentwicklungen vorgestellt. Wir haben für Sie die interessantesten ausgewählt.

CO2-Laser

Nach wie vor sind leistungsstarke CO2-Laser die „Arbeitspferde“ in der Materialbearbeitung im Makro-Bereich. Mit dem TLF 20000 bietet die Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH, Ditzingen, einen 20-kW-CO2-Laser für Schweißanwendungen in der kompakten Bauform der Laser-Klasse von 8 bis 15 kW. Nach Angaben des Anbieters zeichnen sich die TLF-Strahlquellen aus durch saubere und effiziente Hochfrequenzanregung, eine robuste quadratische Konstruktion sowie ein wartungsfreies magnetgelagertes Turboradialgebläse.

Die Hamburger Rofin-Gruppe präsentierte neben CO2-Slab-Lasern für das Schweißen und Dickblech-Schneiden (siehe Ausgabe 26, Seite 37), auch neue Strahlquellen zum Bearbeiten von Dünnblech und Kunststoffen: Die Sealed-off-CO2-Laser der Rofin-SC-Serie basieren auf der gleichen Technik wie die diffusionsgekühlten CO2-Slab-Laser. Bei Leistungen zwischen 100 bis 600 W sind sie besonders kompakt und lassen sich platzsparend montieren, beispielsweise auf einem Roboterarm. Die Laser eignen sich für Anwendungen wie das Schneiden und Strukturieren von Kunststoff, doch sollen sich dank ihrer hohen Strahlqualität auch dünne Bleche wirtschaftlich schneiden lassen.

Auf dem 600-W-Modell Rofin SC x60 basiert der speziell für Scanner-Anwendungen konzipierte Sealed-off-Laser Starshape 600 C. Damit lassen sich Werkstoffe wie Kunststoff oder Karton bis 3 mm Dicke mit Geschwindigkeiten von bis zu 20 m/s schneiden. Bis zu zwei Scannerköpfe gleichzeitig können das Teil bearbeiten. Die Arbeitsfelder sind bis zu 1250 mm x 1250 mm groß.

Festkörperlaser

Anders als CO2-Laser, bieten Festkörperlaser den Vorteil, dass das Laserlicht per Kabel variabel von der Strahlquelle zur Einsatzstelle geführt werden kann. Die innovativen Scheibenlaser verbinden einen Festkörperlaser mit einem Halbleiterlaser. Letzterer sorgt für einen hohen Wirkungsgrad, der Festkörperlaser als Scheibe für hohe Strahlqualität.

Der 4-kW-Scheibenlaser HLD 4002 von Trumpf ist nach der erfolgten Erprobungsphase nun als Serienprodukt erhältlich. Seine hohe Strahlqualität ermöglicht einen kleinen Fokus bei großem Arbeitsabstand. Bei Kombination mit der herstellereigenen Programmierbaren Fokussieroptik PFO ergibt sich ein großes Bearbeitungsfeld. Der Scheibenlaser eignet sich damit besonders für das Scanner-Schweißen mittels Roboter.

Rofin-Sinar präsentierte den diodengepumpten 3-kW-Yb:YAG-Scheibenlaser Rofin DS 030 HQ in neuem Design. Gegenüber seinem Vorgänger bietet er Vorteile bei Wartung und Bedienung sowie durch ein verbessertes Stackmanagement. Laut Anbieter wird die Leistung aus zwei miteinander gekoppelten Scheiben mit je 1500 W generiert, ohne dass Einbußen bei der Strahlqualität zu verzeichnen sind. Im Vergleich zu lampengepumpten Stab-Systemen stellt dieser Wert eine Leistungssteigerung pro Pumpkammer um den Faktor 3 dar, und dies bei deutlich erhöhter Strahlqualität. Dank dessen lässt sich der Strahl in eine 200-µm-Lichtleitfaser einkoppeln.

Diodenlaser

Ihr vergleichsweise hoher Wirkungsgrad von über 30 % und ihre Zuverlässigkeit bei geringem Wartungsaufwand machen Hochleistungs-Diodenlaser in puncto Investitions- und Betriebskosten deutlich günstiger als Festkörperlaser gleicher Leistung. Durch die Kompaktheit und Mobilität des Systems ergeben sich wesentliche Vorteile für das Anlagenkonzept vor allem im Mehrstationen-Betrieb, beispielsweise für Anlagen zum Schweißen oder Hartlöten.

Eine ganze Palette von Hochleistungs-Diodenlasern präsentierte die Laserline GmbH, Mülheim-Kärlich, zur Laser 2005. Im Mittelpunkt des Auftritts standen die mobilen, kompakten Laser zum Schweißen, Auftragsschweißen und Hartlöten: Erstmals erzielt ein Diodenlaser bis zu 10 kW Leistung bei hoher Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer von über 20 000 h. Bei diesem direkten Diodenlaser wird ein weiterentwickeltes Versorgungsgerät eingesetzt, das mit unterschiedlichen Bus-Schnittstellen ausgestattet werden kann oder über einen PC anzusteuern ist. Teleservice und Stapelmanagement, mit dem auch bei einem Ausfall eines Stapels weitergearbeitet werden kann, steigern die Verfügbarkeit.

Bei den fasergekoppelten Diodenlasern von Laserline wurden erstmals bis zu 3 kW aus einer 600-µm-Faser erzielt, was die Leistung im Vergleich zu den Vorgängermodellen erneut mehr als verdoppelt. Aus der 1000-µm-Faser sind jetzt sogar mehr als 6 kW Laserleistung möglich.

Zum Programm von Rofin-Sinar gehört der sowohl für Direktanwendungen als auch für Faserkopplung geeignete Hochleistungs-Diodenlaser Rofin DL 031 Q mit einer Ausgangsleistung von 3100 W. Die Strahlquelle soll sich durch hohe Zuverlässigkeit und Industrietauglichkeit im Mehrschichtbetrieb auszeichnen. Laut Anbieter sorgen Online-Leistungsmessung und integrierte Stapelüberwachung für eine erhöhte Verfügbarkeit, ein Pointing-Laser mit grüner Wellenlänge für gute Sichtbarkeit. Die Strahlquellen der DL-Q-Serie eignen sich besonders für den industriellen Einsatz in der Oberflächenbearbeitung, beim Wärmeleitungsschweißen oder beim Hartlöten, unter anderem im Automobilbau.

Teleservice und Stapelmanagement steigern die Verfügbarkeit

In der Mikrotechnik spielen thermische Einflüsse während der Bearbeitung eine besondere Rolle. Laser für die industrielle Mikro-Bearbeitung von Metall, Kunststoff oder Keramik müssen daher spezielle Eigenschaften vorweisen: beugungsbegrenzte Strahlqualität, kurze Pulse und hohe Puls-zu-Puls-, Leistungs- und Strahllage-Stabilität.

Die genannten Anforderungen sollen die Festkörperlaser der TL-Q-Baureihe erfüllen, die die Trumpf Laser GmbH + Co. KG, Schramberg, auf der Laser 2005 erstmals präsentierte. „Bei den für das Mikro-Schneiden, -ritzen, -bohren und -strukturieren entwickelten Strahlquellen liegen die Leistungsschwankung bei unter einem Prozent und die maximale Winkel-Abweichung des Austrittstrahles unter 10 µrad“, erläuterte Dipl.-Phys. Jürgen Stollhof, bei Trumpf verantwortlich für das Anwendungsgebiet Mikro-Bearbeitung. Eingesetzt werden die TL-Q-Laser mit mittleren Leistungen bis 35 W überall dort, wo die Vorteile des berührungsfreien, flexiblen und präzisen Abtrags genutzt werden können.

Speziell für den industriellen Einsatz in den Bereichen Mikro-Schneiden, -Schweißen, -Strukturieren und Lasersintern wurde die jüngste Generation der PSL-Scheibenlaser der Prenovatec GmbH, Meiningen, entwickelt. Es handelt sich dabei um Yb:YAG-Festkörperlaser mit Ausgangsleistungen zwischen 10 und 100 W bei einer Wellenlänge von 1030 nm und einer Ausgangsleistung von 15 W bei 515 nm. Laut Anbieter bieten die kompakten, wartungsfreien Laser eine hohe Strahlqualität und Effizienz im Q-Switch- oder CW-Betrieb bei 515 nm oder 1030 nm. Es sollen sich damit beispielsweise im gepulsten Betrieb mit 20 W mittlerer Leistung 8 µm breite Schnittspalte in Edelstahl erzeugen lassen.

Dank luftgekühlter Arbeitsweise sind die diodengepumpten Innoslab-Laser der PP-Serie der Edge-Wave GmbH, Würselen, kompakt und kostengünstig. Nicht größer als ein Schuhkarton, lassen sie sich leicht in Maschinen integrieren und flexibel handhaben. Sie liefern mittlere Leistungen bis 30 W und Pulsfrequenzen bis 50 kHz. Durch die Kombination von hoher Pulsspitzenleistung bis 1 MW, kurzer Pulsdauer, hoher Pulswiederholrate und Strahlqualität sollen diese Systeme zu den effizientesten Werkzeugen der Lasertechnik zählen. Sie eignen sich sowohl zum Plasma-Erzeugen, Tiefbohren, Trennen, Strukturieren, Reinigen, Polieren und Beschriften als auch zur Innengravur transparenter Materialien sowie zum Rapid Prototyping. In Werkzeugbau und Elektronikindustrie sollen die Laser neue Qualitätsmaßstäbe setzen, beispielsweise beim Einbringen präziser Mikrobohrungen.