Laserschneiden Achsredundanz steigert Dynamik beim Laserstrahlschneiden

Die Antriebsachsen von Schneidanlagen können an Ecken von Schnittkonturen die hohe Prozessgeschwindigkeit des Lasers nicht aufrechterhalten. Die Kombination mit einem Scanner-System ermöglicht eine maximal-dynamische Auslastung des Achsportals und einen höheren Schnittvorschub.

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Schages GmbH & Co.KG

Weil Technology GmbH

Shining 3D Tech Co., Ltd

Werkzeugmaschinenlabor WZL RWTH Aachen

Das Laserschneiden erreicht im geraden Schnitt für Bleche verschiedenster Dicken hohe Schnittgeschwindigkeiten, die dank der guten Programmierbarkeit der Lasertechnik flexibel für schnell wechselnde Produktserien genutzt werden können [1]. Bei filigranen Bauteilkonturen sind derzeit die effektiv erreichbaren Schnittgeschwindigkeiten aber begrenzt durch die Maschinenachsen, die das Werkzeug Laserstrahl führen.

Klassische Antriebsachsen reichen für Laser-Schnittkonturen nicht

Klassische Antriebsachsen können an den Ecken von Schnittkonturen mit ihrem physikalisch begrenzten Beschleunigungsvermögen die hohen Prozessgeschwindigkeiten des Laserprozesses beim Richtungswechsel nicht aufrechterhalten. Die in Beschriftungs- und Markier-Anwendungen gängigen Laserscanner-Systeme mit ihren Galvanometerantrieben hingegen sind durch ihr Funktionsprinzip durchaus in der Lage, den Laserbrennfleck auch bei schnellen Richtungswechseln in einem begrenzten Arbeitsfeld hinreichend schnell zu bewegen [2].

Der Ansatz, diese beiden Techniken zur Laserstrahlführung steuerungstechnisch zu kombinieren, und die daraus resultierenden Möglichkeiten werden am WZL der RWTH Aachen in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, dem Maschinenhersteller Otto Bihler sowie den Komponentenlieferanten Arges, B&R und Schunk untersucht (Bild 1).

Sprunghafte Richtungswechsel fordern das Laserschneiden heraus

Eine Überprüfung verschiedener Bauteile von Anwenderunternehmen zeigte, dass beispielsweise in Stanzteilen für die Automobilindustrie sprunghafte Richtungswechsel an Ecken die größten Anforderungen an das Beschleunigungsvermögen des Laserbrennflecks stellen. Bei Teilen für die Mobilfunktechnik sind wiederum zahlreiche Konturen zu fertigen, deren Abmessungen kleiner als 1 mm2 sind.

Beides sind Konturen, für deren Schnittbearbeitung die Bewegung des Laserbrennflecks wesentlich von den Möglichkeiten eines Scan-Systems profitieren kann. Im Fall von hinreichend kleinen Konturformen kann das Scanner-System, nach einer Vor-Positionierung, die Kontur ohne weitere Beteiligung der Portalachsen schneiden. Begrenzend ist dabei nur der Durchmesser der Schneidgasdüse.

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