Der Laser als Werkzeug in der Materialbearbeitung hat sein Entwicklungspotenzial längst nicht ausgeschöpft. Stets kommen neue Anwendungsmöglichkeiten hinzu, so dass die Laserbranche bis 2010 mit zweistelligem Wachstum rechnet.
Laser werden seit über 25 Jahren in der Materialbearbeitung erfolgreich eingesetzt. Ursprünglich waren amerikanische Firmen die Hauptlieferanten von Strahlquellen für den industriellen Fertigungseinsatz, heute hat sich der Schwerpunkt der Hersteller für Laserquellen und -systeme auf breiter Basis nach Europa verlagert.
Eine wesentliche Ursache für diese Verschiebung ist die Stärke sowohl der Werkzeugmaschinen- als auch der Automobilindustrie in Europa sowie deren Forderung nach größerer Vielfalt, Flexibilität und Qualität in der Produktion. Getrieben von diesen Zielen, sind die Anforderungen an die Lasertechnik sowie an die Qualität und Wirtschaftlichkeit der Anwendungen ständig gestiegen. Die Laserquelle ist zu einem Werkzeug mit höchster Zuverlässigkeit geworden.
Die Struktur der fertigenden Industrie in den einzelnen Ländern und deren spezifische Anforderungen haben den Einsatz des Lasers anfangs individuell geprägt und zu Schwerpunkten geführt. Beispiele sind das Schweißen von Getriebekomponenten, das zuerst in den USA mit ihrem hohen Bedarf an Automatikgetrieben begann, oder das Schneiden von 3D-Teilen für den Karosseriebau, das in Japan schon sehr früh praktiziert wurde und dort seine Bewährungsprobe erfolgreich bestand. Die ersten Installationen von Stanz-Nibbelmaschinen mit Lasern zum Schneiden flacher Bleche wurden vor allem von europäischen Herstellern schon sehr früh angeboten.
In den letzten zehn Jahren hat sich die Palette der erfolgreichen Laseranwendungen ständig erweitert. Die Unterschiede in den Anwendungen hängen von der Stärke der jeweiligen Industriemärkte in den einzelnen Ländern ab. Mit dem Laser wird auch heute noch vorzugsweise Stahl als Flachmaterial oder als geformtes Bauteil geschnitten. Erfolgreich trennen lassen sich jedoch mittlerweile auch viele Kunst- und Verbundwerkstoffe – beispielsweise bei Airbags, Auto-Innenverkleidungen, Folien, Sandpapier oder Schablonen.
Mit der Einführung des Innenhochdruck-Umformens in der Metallbearbeitung haben sich die 3D-Schneidanwendungen mit Roboter und Festkörperlaser deutlich erweitert. Neben Stahl, Edelstahl und Aluminium lassen sich auch Edelmetalle wie Silber und Gold, aber auch das leichte, hochwarmfeste Titan, relativ einfach per Laser bearbeiten. Die Schnittdimensionen reichen mittlerweile von etwa 30 mm bei Baustahl bis in den Mikrobereich. So werden etwa beim Herstellen so genannter Stents, die im medizinischen Bereich als Implantate eingesetzt werden, komplexe Konturen mit Schnittbreiten von 20 µm in sehr kleine Metallröhrchen geschnitten. Präzision, Schnelligkeit und flexible Konturwahl sind hier die Schlagworte, die den Lasereinsatz erfolgreich machen.
Das Laserbohren, eine Sonderform des Trennens, hat durch die Zigarettenindustrie beim Perforieren von Filtern und Papier einen starken Aufschwung erfahren. Wer hätte vor 20 Jahren geglaubt, dass sich mit einem einzigen 2-kW-CO2-Laser pro Sekunde 500 000 Löcher mit gleich bleibender Qualität erzeugen lassen? Verpackungsfolien, Chirurgienadeln und Turbinenschaufeln sind Beispiele für den Einsatz des Lasers beim Bohren.
Das Laserschweißen hat in den letzten Jahren ebenfalls enorme Steigerungen erfahren. Waren es anfangs noch einfache rotationssymmetrische Teile wie die Komponenten von Automatikgetrieben, die per CO2-Laser verzugsarm verbunden wurden und dadurch erst sehr kompakte Getriebekonstruktionen ermöglichten, sind es heute ganze Karossen, die mit CO2- oder Festkörperlasern geschweißt werden. Mit der Entwicklung der Tailored Blanks, der aus Blechen unterschiedlicher Art gefügten Tafeln, hatte der Einzug des Lasers in die Karosseriefertigung Mitte der 80er-Jahre erfolgreich begonnen. Heute gibt es fast kein Automodell mehr, bei dem nicht lasergeschweißte Nähte eingesetzt werden, um die Festigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion zu steigern.
Mit dem Schweißen von Stringern in der Flugzeughülle und dem Fügen von Strukturen im Schiffbau ist nicht nur die Laserleistung über 20 kW angestiegen. Auch die Komplexität und Größe der Anlagen ist in Dimensionen gewachsen, die bei Einführung der Lasertechnik kaum vorstellbar waren. Auf der anderen Seite sind kleine, einfach zu bedienende Laserschweißsysteme entstanden, mit denen beispielsweise Dentaltechniker oder Juweliere manuell und ohne spezifische Laserkenntnisse arbeiten können.
Der Einsatzbereich des Laserschweißens umfasst unterdessen Sensoren, Lambda-Sonden und Einspritzdüsen ebenso wie Airbags, Rohre und Fensterscharniere. Heizkörper, großflächige Wärmetauscher und Trennschleifblätter gehören ebenfalls dazu. Das Laserschweißen hat jedoch bei Metallen nicht Halt gemacht: Gleichfalls erfolgreich lassen seit kurzem auch Kunststoffe fügen.
Die größten Zuwächse hat allerdings in den letzten Jahren das Laserbeschriften zu verzeichnen. Getrieben von immer leistungsfähigeren Computern und Ablenkköpfen, schreibt der Laserstrahl heute mit Geschwindigkeiten, die noch vor kurzer Zeit kaum denkbar waren. Von der Modellbezeichnung bis zum grafischen Design, von Produktionsdaten zum Rückverfolgen bis zum Aufbringen von Skalen und Zeichen werden heute Markierlaser eingesetzt. Bei vielen Anwendungen haben sie konventionelle Verfahren wie Drucker, Tintenstrahl oder Gravierstift verdrängt. Immer da, wo eine dauerhafte, fälschungssichere Information schnell und mit wechselndem Inhalt auf ein Bauteil oder einen Gegenstand übertragen werden muss, ist der Laser meist konkurrenzlos. Computertastaturen, Personalausweise, Implantate, Schildersätze im Auto, Wasserflaschen oder Halbleiterchips: Die Liste der Möglichkeiten beim Lasermarkieren lässt sich nahezu beliebig erweitern.
Aufgrund der weiter wachsenden Einsatzfelder rechnen Marktbeobachter für die Laserbranche noch bis 2010 mit zweistelligem Wachstum. Auch wenn die meisten Laserverfahren, die sich erfolgreich in der Produktion einsetzen lassen, heute vermutlich bekannt sind, gibt es noch eine Vielzahl von Produkten und Bauteilen, die sich für den Lasereinsatz eignen. Eine Marktdurchdringung ist bei weitem noch nicht abzusehen.
Das Remote-Schweißen, bei dem der Laserstrahl über Spiegel zum Werkstück gelenkt wird, der Aufbau von Orginalbauteilen mit dem Lasersintern und das Schneiden von Wafern sind nur einige Anwendungen, an denen derzeit gearbeitet wird, und die in Zukunft größere Bedeutung erlangen dürften. Zudem werden kombinierte Verfahren wie Laser- und Wasserstrahl beim Schneiden oder Laser- und Induktionserwärmung beim Schweißen weitere Applikationen ermöglichen. Die Lasersysteme werden zu dem vielseitiger, und mit frequenzverdoppelten oder -verdreifachten kurzwelligeren Strahlquellen wird es möglich sein, noch feinere Strukturen als bisher zu erzeugen.
Lasergeschweißte Nähte sind in fast allen Automodellen zu finden
Das Laserbeschriften verzeichnet die größten Zuwächse
Teilen:
