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Drehen per Laser formt Werkstücke im µm-Bereich

Entwicklung
Drehen per Laser formt Werkstücke im µm-Bereich

Durch den Laser lassen sich filigrane Bauteile formen, die mit herkömmlichen Werkzeugen nicht machbar wären. Bild: GFH
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Da beim von der GFH GmbH (Halle 6, Stand E01) entwickelten Laserdrehverfahren weder eine mechanische Kraft noch relevante thermische Einflüsse auf das Material wirken, sollen sich selbst kleinste Strukturen mit einer Oberflächenrauigkeit Ra von unter 0,1 µm erzeugen lassen. Gleichzeitig deckt derselbe Laser auch weiterhin alle üblichen Funktionen ab, so dass für folgende Bearbeitungsschritte wie Schneiden, Abtragen, Bohren und Strukturieren das Werkstück nicht umgespannt werden muss.

Herzstück der Laserdrehtechnik ist ein Piko- oder Femtosekundenlaser mit einer Pulsdauer von lediglich 10 ps beziehungsweise 800 fs. Die Kürze des Pulses sorgt dafür, dass eine extrem hohe Energie zeitlich sehr begrenzt auf das Werkstück einwirkt und das Material verdampft, bevor es zu Schmelzerscheinungen oder thermischen Veränderungen kommen kann. Die Spitze des Werkzeugs bildet ein rotierender Laserspot, der mit Hilfe einer Trepanier-Optik erzeugt wird. Durch seinen Durchmesser von 25 µm lassen sich damit sehr feine Konturen und Geometrien herausarbeiten, die laut Hersteller mit mechanischen Werkzeugen nicht realisiert werden könnten. Auch verdrückt der Laser das Bauteil nicht, wodurch große Ausspannlängen möglich sind.
Das Verfahren eignet sich sowohl zum Schruppen wie auch zum Schlichten, der mögliche Vorschub hängt vom Material sowie der geforderten Genauigkeit ab. Um trotz wechselnder Durchmesser und damit auch unterschiedlicher Bahngeschwindigkeiten eine gleichmäßige Verteilung der Laserpulse zu gewährleisten, wird eine spezielle Laser-Ansteuerung genutzt, die eine Pulse-on-Demand-Regulierung in Relation zur abzufahrenden Bahn erlaubt. Bearbeitet werden können so neben allen Arten von Metall auch Kunststoffe und Carbon sowie extrem harte Werkstoffe, beispielsweise Keramik oder Industriediamanten.
Bewährte Basis
Natürlich tritt hierbei kein Werkzeugverschleiß auf, die Schneidengeometrie bleibt dauerhaft erhalten, schwankende Schnittqualitäten gibt es daher nicht. Dazu trägt auch bei, dass beim Abtrag per Laser keine Späne entstehen, die Werkstück oder Werkzeug beschädigen könnten. Ebenso bilden sich keine Grate, eine einfache Reinigung der Werkstücke reicht aus.
Maschinelle Basis sind die GL.evo- und GL.compact-Bearbeitungszentren. Hier lässt sich der Laser trotz Beschleunigungen von bis zu 20 m/s² auf ±1 µm genau am Werkstück positionieren. Die fünf Achsen ermöglichen sowohl Längs-Rund-, Quer-Stech- und Quer-Plan-Drehen als auch Kugel- und Formdrehen, wobei die realisierbare Präzision 1 µm im Durchmesser bei Rauigkeiten unter 0,1 µm beträgt. Zudem sind sehr filigrane Einstiche realisierbar.


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