3D-Laserschneiden und Laserschweißen in einer Maschine

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Abhängig von der zu bearbeitenden Bauteilgeometrie variiert die Geschwindigkeit des TCP in 3D-Anwendungen erheblich. In Abschnitten mit niedriger Geschwindigkeit können Qualitätseinbußen in Form von Bartbildung beim Schneiden (Bild 3) und unregelmäßigen Verbindungsnähten beim Schweißen entstehen. Daher wurde eine programmierbare Laser-Modulationssteuerung entwickelt, die eine automatische Anpassung von Modulationsfrequenz, -tastverhältnis und -amplitude der Laserleistung an die effektive TCP-Geschwindigkeit durchführt und damit Bartbildung im gesamten Geschwindigkeitsbereich sicher vermeidet.

Durch die Steuerung von Tastverhältnis und Frequenz können sowohl die mittlere Leistung als auch der räumliche Überlapp der Laserpulse auf die aktuelle Geschwindigkeit abgestimmt werden. Bild 3 zeigt die Bedeutung der Modulation für die Bartvermeidung bei niedrigen Geschwindigkeiten an einem Beispiel. Durch die Steuerung der Amplitude werden zusätzlich der Modulationsgrad und das Modulationsniveau für den jeweiligen Prozess optimiert.

Ultrahochfeste Stahlwerkstoffe mit dem Laser schneiden

Eine zunehmend wichtige lasertechnische Anwendung besteht in der Fertigung von Fahrzeugkomponenten aus ultrahochfesten Stahlwerkstoffen. Sie wird getrieben durch den Einsatz von mechanisch nur schwer schneidbaren, pressgehärteten Stählen für crash-relevante Komponenten. Ein bekanntes Beispiel ist das Besäumen der Außenkontur und das Löcherschneiden an B-Säulen aus 22MnB5 mit Laserstrahlung. Mit der 3D-Kombibearbeitung können nun zusätzlich Schweißaufgaben in die Prozesskette integriert werden.

Bild 4 illustriert eine neue Prozessfolge für B-Säulen: Zunächst werden die Löcher eingebracht, danach erfolgt der äußere Besäumschnitt. Im Anschluss wird ein Verstärkungsblech aufgeschweißt, in das schließlich noch Löcher durch den Überlappverbund aus Säulen- und Verstärkungsblech geschnitten werden. Alle Schritte erfolgen in einer Aufspannung, so dass hohe Toleranzanforderungen bis zum letzten Prozessschritt eingehalten werden können.

Laserportalroboter RLP16 mit dem neuen Kombikopf F2-X

Der Laserportalroboter RLP16 von Reis Robotics wurde mit dem neuen Kombikopf F2-X von Laserfact ausgestattet. Der Faserlaser YLR4000SS von IPG wurde mit einer Prozessfaser mit einem Durchmesser von 100 µm an das integrierte Strahlführungssystem angebunden und mit einer maximalen Leistung von 2,5 kW betrieben.

Die großen Konturen konnten mit Geschwindigkeiten von 15 m/min, die Löcher mit 3 bis 9 m/min geschnitten werden, abhängig von ihrem Radius und der Materialdicke. Die Schweißgeschwindigkeit betrug 3 m/min für die Überlappnaht aus Verstärkungsblech (1,3 mm) und Säulenblech (1,4 mm). Abhängig von den Details der Schnittkonturen liegt die gesamte Bearbeitungszeit selbst mit der niedrig gewählten Maximalleistung von 2,5 kW bei etwa einer Minute.

Durch die Integration von Laserschneid- und -schweißprozessen in eine flexible Fertigungsumgebung entstehen unzählige, neue Möglichkeiten für intelligente Prozessketten. So werden vollständig neue Produkte möglich und erstmalig technisch und wirtschaftlich herstellbar.?

Literatur

[1] Petring, D.: Aus zwei mach eins – Flexibler Kombikopf ermöglicht das Laserschneiden und -schweißen im fliegenden Wechsel. MM Maschinenmarkt 36 (2005), S. 214-217.

[2] Petring, D.: Combined cutting and welding: Laser beam quality enhances process efficiency and flexibility. 2nd International Workshop on Fiber Lasers, Dresden, Juli 2006.

[3] Schneider, F., D. Petring und R. Poprawe: Integrated laser processing – Cutting and welding with a combined processing head. Proceedings of LIM, 3rd International WLT-Conference on Lasers in Manufacturing, München, Juni 2005, S. 133–135.

[4] Petring, D. und H. Dickler: Multifunktionaler Laserbearbeitungskopf. MM Maschinenmarkt 22 (2007), S. 34-36.

Dr. Dirk Petring ist Abteilungsleiter Trenn- und Fügeverfahren beim Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) in Aachen. Dr. Frank Schneider ist dort Projektleiter. Harald Dickler ist Geschäftsführer der Laserfact GmbH in Aachen. Norbert Höppe ist zuständig für technische Beratung und Vertrieb Lasertechnik bei der Reis GmbH & Co. KG Maschinenfabrik in Obernburg.

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