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Lack und Blech bleiben heil

Lasertechnik: Laser schneidet lackierte Bleche
Lack und Blech bleiben heil

Mit einem neuen Laserverfahren von Erlas können nun auch Öffnungen in lackierte Bleche geschnitten werden. Dies erschließt einer Variantenfertigung in der Serienproduktion neue Freiräume.

Jetzt lassen sich per Laser auch in bereits lackierte Blechteile Ausschnitte mit flexiblen Geometrien einbringen. Die Erlas – Erlanger Lasertechnik GmbH, Erlangen, stellte kürzlich ein entsprechendes für einen Premium-Automobilhersteller entwickeltes Konzept vor, das potenziellen Anwendern ganz neue Möglichkeiten hinsichtlich der Gestaltung ihrer Prozessabläufe erschließen und zu erheblichen Kosteneinsparungen führen soll. Beispielsweise sinkt der Logistikaufwand allein dadurch erheblich, dass eine bestimmte Variante erst direkt vor der Montage erzeugt wird. Mögliche Anwendungen sind etwa in der Automobilfertigung die Löcher für Dachreling und Antenne sowie spezielle Öffnungen im Schaltschrank-, Wannen- und Behälterbau.

Die Erlanger Laserspezialisten führten ihre Untersuchungen mit verschiedenen Strahlquellen an einem in der Automobilindustrie üblichen verzinkten Stahlblech der Dicke 0,8 mm durch, dessen serienmäßiger dreistufiger Lackaufbau etwa 90 µm dick ist. Angewandt wurde ein neuartiges Trennverfahren, das im Gegensatz zu den klassischen Methoden abtragend arbeitet. Hierfür waren leistungsstarke kurzgepulste Lasersysteme erforderlich. Die Strahlführung übernahm ein Scannersystem, das sich nicht nur für flexible Ausschnittgeometrien wie Kreise, Langlöcher oder Rechtecke eignet, sondern zusätzliche Features wie Wobbeln – eine überlagerte Kreiselbewegung des Laserstrahls um die Vorschubrichtung – bietet.
Prof. Dr.-Ing. Peter Hoffmann, Gesellschaftergeschäftsführer von Erlas, ist besonders auf die in den Grundlagenversuchen erreichte hohe Qualität stolz: „Bereits mit einer ersten Parameter-Optimierung erzielen wir für den Serieneinsatz geeignete Werte: Die Bearbeitungszeit liegt bei 21 Sekunden für einen Lochdurchmesser von 20 Millimetern, und die Ergebnisse sind unabhängig von der Lackfarbe.“ Zudem seien weder ein Lackabbrand noch Risse im Lack oder Lack-Delaminationen zu erkennen. Auch würden weder die Blechunterseite noch das darunterliegende Blech beeinträchtigt.
Die Schnittspaltweite ist dabei so gering, dass das Abfallteil trotz der vollständigen Durchtrennung zuverlässig im Blechteil bleibt und aktiv entfernt werden muss. Hieraus resultiert der große Vorteil, dass der Verschnitt kontrolliert gehandhabt werden kann. Dies prädestiniert das Verfahren für automatisierte Abläufe und die Bearbeitung von Hohlkammern sowie für Schneidanwendungen, deren eine Seite weder für die Verschnittentsorgung noch für Schneidwerkzeuge zugänglich ist.
Das Systemhaus Erlas hat die erzielten Versuchsergebnisse konsequent in Anlagenkonzepte umgesetzt. Schlüsselkomponente ist dabei der Bearbeitungskopf, der speziell auf die Prozessanforderungen abgestimmt wurde. Die flexible, abdichtende Anlagefläche des Bearbeitungskopfs zum Werkstück verhindert, dass Laserstrahlung und stoffliche Emissionen austreten. Somit ist die Lasersicherheit lokal erfüllt, aufwendige Laserschutzkabinen um das gesamte System erübrigen sich.
Die lokale Kapselung und die weitere Integration strömungsmechanischer Funktionen ermöglichen, dass sowohl die Schneidemissionen als auch der Verschnitt sicher entfernt werden können. Dank der kompakten Bauweise des Bearbeitungskopfs sind auch dreidimensionale Bauteilgeometrien gut zugänglich. Als Führungsmaschinen können sowohl Portal- als auch Industrie-Knickarmroboter eingesetzt werden.
Eine mögliche Portal-Lösung, bei der zwei Strahlquellen auf dem Portal installiert sind, wirkt sich positiv auf die Gesamttaktzeit aus. Ein zu bearbeitendes Werkstück, etwa ein Fahrzeug, wird beispielsweise auf einem Transportband unter das Portal gefahren, indexiert und arretiert. Ein Sensor misst die Lage der Referenzpunkte, woraufhin die Bearbeitungsköpfe gemäß der erfassten Messdaten positioniert werden. Die Köpfe setzen auf der lackierten Blechoberfläche auf. Weitere Sensoren stellen die Abdichtung und den korrekten Fokusabstand sicher und geben die Bearbeitung frei. Nach dem Bearbeiten fahren die Köpfe zurück, und das Fahrzeug wird zur nächsten Bearbeitungsposition bewegt.
Eine Alternative zur Portallösung stellt ein Systemkonzept mit einem 6-Achsen- Gelenkarmroboter dar. Hier positioniert der Roboter den Bearbeitungskopf, der über einen Strahlführungsarm mit dem Laser verbunden ist. re
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