Lasersysteme verzaubern Oberflächen

Strukturieren, reinigen, polieren – neueste Laseranlagen bewältigen schnelle Taktzeiten bei hoher Präzision

Wer hätte vor 50 Jahren gedacht, dass der Laser sich eines Tages zum universellen und unverzichtbaren Werkzeug für die Fertigungsindustrie entpuppt. Neben Hauptaufgaben wie Schneiden und Schweissen mit dem Laser, rückt die Bearbeitung von Oberflächen unterschiedlichster Formen und Materialien immer stärker ins Rampenlicht. Das wird beispielsweise auch auf der Lasys 2018, der internationalen Fachmesse für Laser-Materialbearbeitung, deutlich sichtbar werden. Die Lasys öffnet vom 5. bis 7. Juni 2018 in den Messehallen der Messe Stuttgart zum sechsten Mal ihre Tore. Sehr praxisorientiert fokussiert die Messe neueste Trends, innovative Lasersysteme, -anlagen, und -verfahren sowie wirtschaftliche Dienstleistungen für die Laser-Materialbearbeitung.

Laser-Oberflächenbearbeitung gewinnt an Bedeutung

Mittlerweile haben sich viele Laserprozesse herauskristallisiert, die dazu beitragen, Oberflächen regelrecht zu verzaubern. Dazu gehört zum Beispiel das Strukturieren von Automobilinterieur-Oberflächen, die dadurch ein edel anmutendes Design erhalten. Ferner reinigen Lasersysteme verwitterte Steinfassaden, entrosten Eisenteile mit filigranen Ornamenten, reinigen Druckwalzen oder Reifenformen, befreien Bauteile von Fettschichten als Vorbehandlung für das Laserschweissen und entlacken, polieren oder härten Bauteiloberflächen. Mit der Entwicklung und Produktion von Laserbearbeitungsanlagen zum 3D-Gravieren von Freiformflächen hat sich der Lasys-Aussteller Acsys Lasertechnik in den vergangenen Jahren einen Namen gemacht. Zum Beispiel wurde mittels Acsys-Laseranlage die Prägeform für die weltweit erste Kugelmünze produziert. «Bei der 2,5D- und 3D-Lasergravur wird die Oberfläche des Werkstücks softwaregesteuert in die Tiefe abgetragen. Das Material wird schichtweise verdampft, wodurch nach und nach die gewünschte Struktur zum Vorschein kommt», erklärt Thilo von Grafenstein, Marketingleiter von Acsys.

Hochpräzise 3D-Lasergravuren mit hoher Zeitersparnis

Der Lösungsanbieter Acsys empfiehlt zum Beispiel für Oberflächenstrukturierungen von Spritzgussformen seine Bearbeitungsanlagen mit neuester Ultrakurzpuls(UKP)-Lasertechnologie. Sie ermöglichen Laser-Strukturierung mit hoher Präzision – auch bei sehr harten Werkstoffen. Durch den «kalten Abtrag» bleibt die Gravur nahezu schmelz- und gratfrei, sodass der Aufwand für ein Nachbearbeiten wesentlich reduziert wird. «Wir entwickeln auch im Hause unsere Laser-Software», erläutert von Grafenstein, «die in puncto Datenbankanbindung ständig an die Ansprüche des Marktes angepasst und den Anforderungen der Industrie 4.0-Produktion in jeglicher Hinsicht gerecht wird.» Auf der Lasys 2018 wird Acsys zeigen, dass die Software 3D-Daten wie Step-Dateien verarbeiten kann und so hochpräzise 3D-Gravuren und Oberflächenstrukturierungen ermöglicht. Von Grafenstein betont: «So realisieren die µ-präzisen Laseranlagen Arbeitsaufträge mit hoher Zeitersparnis. Da kein Werkzeugverschleiss anfällt, senkt der Lasereinsatz auch in dieser Beziehung die Kosten.»

Laser strukturieren bei schnellen Taktzeiten und hoher Genauigkeit

«Durch die hohe Flexibilität des Lasers hinsichtlich Positionierung und Genauigkeit im μ-Bereich ist dieser geradezu prädestiniert für die Oberflächenbearbeitung sehr unterschiedlicher Materialien», sagt Dr. Jörg Lässig, Geschäftsführer bei Sitec Industrietechnologie. Die hoch innovativen Laseranlagen des Lasys-Ausstellers Sitec werden unter anderem zum Strukturieren und definierten Abtragen von Abdecklacken etwa auf Injektorkomponenten und zum Freilegen von Kontaktierungselementen im Toleranzbereich von +/- 2 μm eingesetzt. Der Laser ermöglicht ausserdem variable Grabengeometrien beim Gestalten der Oberflächen. «Durch ein integriertes hochauflösendes Kamerasystem kann auf Bauteiltoleranzen gut reagiert werden. Schnelle Taktzeiten bei gleichzeitig hoher Genauigkeit sind hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Qualität entscheidende Vorteile der Oberflächenbearbeitung mit dem Laser», so Dr. Lässig.

Schonendes Laserreinigen von Formen und Werkzeugen

Lasersysteme haben sich in den vergangenen Jahren einen weiteren Applikationsbereich erobert: das Laser-Reinigen. Es gilt als umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Reinigungsverfahren. Hartnäckige Prozessrückstände wie Gummi, Silikon, Russ, Vulkanisierrückstände, Rost oder Öle und Fette lassen sich mit dem Laser schonend von Formen, Bauteilen und Werkzeugen entfernen. Das Vorteilhafte dabei ist: Das Bauteilmaterial wird weder chemisch, mechanisch noch thermisch geschädigt, da der Laser berührungslos arbeitet. Eingesetzte Festkörperlaser, wie etwa gepulste Faserlasersysteme, zeichnen sich hierbei durch einen hohen Wirkungsgrad sowie hohe Strahlqualität bei hohem Leistungsniveau aus. Betriebs- und Servicekosten können reduziert werden. So lässt sich präzises Abtragen bei gleichzeitig hohen Durchsatzleistungen in einer Vielzahl von Anwendungen realisieren.

Neuartig: Präzisionsoberflächen bei CFK durch geregelten Laserabtrag

Der Laser erweitert sein Einsatzspektrum stetig was Materialien angeht. Zum Beispiel sind Bauteile aus karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) wesentlich für den modernen Leichtbau, sowohl im Automobil- als auch im Flugzeugbau. «Aufgrund der Art der Herstellung sind CFK-Bauteile sehr teuer. Deshalb lohnt es sich oft, solche Bauteile bei Beschädigung oder bei Herstellungsfehlern zu reparieren», erklärt Dr. Rudolf Weber, Leiter Verfahrensentwicklung am Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart.

Eine Möglichkeit sei es, den defekten Bereich zu entfernen und mit einem angepassten "Patch" wieder zu verkleben. Dr. Weber weiter: «Für das Entfernen des beschädigten Bereichs werden am IFSW erfolgreich Ultrakurzpulslaser eingesetzt. Da während des Abtragens die genaue Abtragtiefe vermessen wird, lassen sich mit dem Laser in der Umgebung des Schadens hochpräzise, lagengenaue Stufen erzeugen. Sie dienen als optimale Voraussetzung für den nachfolgenden Klebeprozess.»

Die Präzision des Abtrags kann entweder nach einem computererzeugten Graustufenbild geregelt werden oder nach der im Prozess bestimmbaren Ausrichtung der Fasern. «Diese Art Präzisionsoberflächen mittels geregeltem Kurzpulslaser-Abtragprozess zu erzeugen, ist absolut neuartig und wird aktuell am IFSW auch erstmals bei der Oberflächenbearbeitung von Metallen eingesetzt», erklärt Dr. Weber. Auch die Stuttgarter Lasertage SLT’18, die zeitgleich zur Lasys stattfinden und vom IFSW organisiert werden, beleuchten dieses spannende Thema.

Lasys 2018 mit hoher Innovationskraft

«Die Herausforderung besteht darin, systematisch und mit Weitblick die Anforderungen des Marktes hinsichtlich innovativer Laser-Bearbeitungstechnologien aufzugreifen, weiterzuentwickeln und diese serienreif in prozesssichere und serviceorientierte Laseranlagen umzusetzen», resümiert Dr. Lässig von Sitec mit Blick auf die Zukunft. Dass die rund 200 erwarteten Aussteller der Lasys 2018 diese Herausforderung hervorragend meistern, bezeugen deren hohe Innovationskraft und das grosse Besucherinteresse an der einzigartigen Fachmesse für Laser-Materialbearbeitung. Die Messe Stuttgart erwartet zur Lasys 2018 ca. 6.000 Besucher.