Laserstrahlen lassen moderne Uhren noch präziser ticken

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Feinschneiden ist eine Domäne in der Laseranwendung

Außer für das Fügen von Uhrfedern wird das Laserstrahl-Mikroschweißen in der Uhrenindustrie unter anderem bei der Fertigung von Lünetten, Gehäusen und Metallarmbändern eingesetzt. Das Werkstoffspektrum reicht hier von verschiedenen Edelstählen über Kupferlegierungen (Kupferberyllium, Messing) bis zu Gold.

Außer dem Schweißen ist das größte Anwendungsgebiet für Laser in der Uhrenfertigung das Schneiden. Dem Genauigkeitsbedarf der Uhrenindustrie folgend wird ausschließlich das sogenannte Feinschneiden genutzt. Dabei ist maximale Präzision bei minimalen Schnittfugen und gleichzeitig hoher Qualität der Schnittkanten gefordert. Aus diesem Grund kommen vorwiegend Faserlaser wie die Geräte der Trufiber-Serie zum Einsatz. Der Grund ist hier die bereits erwähnte hervorragende Strahlqualität (M² < 1,1), die eine bestmögliche Strahlfokussierung erlaubt. Als Schneidverfahren wird dabei das Schmelzschneiden verwendet, bei dem das Material in der Schnittfuge unter Schutzgasatmosphäre (Stickstoff, Argon) aufgeschmolzen und die Schmelze durch den Gasdruck ausgetrieben wird.

Ultrakurzpulsaser erweitern den Anwendungsspielraum

Die Möglichkeiten für das Laserstrahl-Feinschneiden sind in der Uhrenindustrie noch zahlreicher als die des Mikroschweißens. Den größten Anteil machen die verschiedenen Zahnräder des Uhrwerkes aus. Weitere Schneidanwendungen betreffen die Zeiger, die Ziffernblätter und verschiedene Appliken. Die Materialien reichen von Edelstählen über Kupferverbindungen bis zu synthetischen Rubinen, die als Lagersteine oder Bestandteil des Ankers fungieren. Die Toleranzgrenzen sind beim Feinschneiden noch enger als beim Mikroschweißen. Sie dürfen in den Arbeitsebenen der verwendeten Dreiachsmaschinen meist nicht mehr als 2 µm betragen.

Ein besonderes Potenzial für die Mikromaterialbearbeitung bieten Ultrakurzpulslaser, die sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt und industrielle Anwendungen erobert haben. Dabei werden Laserpulse im Bereich von Piko- und Femtosekunden erzeugt. Derart kurze Lichtblitze ermöglichen es, ganz andere Effekte bei der Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Material auszunutzen und erweitern so das Anwendungsgebiet des Lasers.

Die Materialbearbeitung mit längeren Pulsen ist stets ein thermischer Prozess: Der Werkstoff wird erhitzt, geschmolzen, verdampft oder direkt sublimiert, was bei richtiger Parameterwahl zum Schneiden oder Schweißen genutzt werden kann. Durch Wärmeleitung ins Material bildet sich immer eine Wärmeeinflusszone aus – auch wenn diese durch die Präzision des Lasers meist sehr begrenzt ist und das Bearbeitungsergebnis oft nicht beeinträchtigt.

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