gesponsertBlechbearbeitung Trends im Laserschneiden

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In einer gemeinsamen Befragung haben MM Maschinenmarkt und Trumpf herausgefunden, welche Trends Anwender derzeit am meisten beschäftigen. Dieser Beitrag vertieft die fünf meistgenannten Themen.

Auch wenn sich Laser schon seit Jahrzehnten als wichtige Produktionstechnologie etabliert haben, ist die Entwicklung noch lange nicht an ihrem Ende angelangt. So wird die Laserleistung beispielsweise weiter erhöht, während die Effizienz und Schnittqualität gleichzeitig zunehmend verbessert werden. Dies ist ein stetiger Prozess, der immer wieder durch besondere Entwicklungen angetrieben wird. Das zeigt sich auch an den Themen, die Anwender im Bereich der Lasertechnologie laut einer Befragung von MM Maschinenmarkt und Trumpf am meisten bewegen.

Fortschritte in der Lasertechnologie

Dabei spielen auch die ganz grundsätzlichen Weiterentwicklungen im Bereich Laser eine wichtige Rolle. Ein Beispiel hierfür sind Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) oder zu Deutsch Oberflächenemitter. Dabei handelt es sich um Laserdioden, die das Licht senkrecht zur Ebene des Halbleiterchips abstrahlen, was im Vergleich zu herkömmlichen, kantenemittierenden Lasern, bei denen Licht an einer oder zwei Flanken des Chips austritt, viele Vorteile bietet. Zum Einsatz kommen VCSELs unter anderem in industriellen Sensoren, in der LiDAR-Technik und in der Datenübertragung mit Glasfaser. Trumpf bietet VCSELs mit unterschiedlichen Wellenlängen an. Die Standardwellenlängen bewegen sich dabei im Bereich 760 nm, 850 nm und 940 nm.

Ein weiteres Beispiel ist die extreme ultraviolette Lithografie (EUV), die dank ihres Einsatzzwecks eine Bekanntheit über Fachkreise hinaus erreicht hat. Denn: EUV ist eine der Schlüsseltechnologien für die Produktion fortschrittlicher Mikrochips. Der Vorteil der Technologie besteht darin, dass sie extrem kurzwelliges UV-Licht mit einer Wellenlänge von etwa 13,5 nm nutzt, um extrem feine Strukturen auf Silizium-Wafern abzubilden. Dies ermöglicht die Produktion von integrierten Schaltkreisen (ICs) mit sehr kleinen Transistoren und feinsten Leiterbahnen. Diese Präzision ist entscheidend, um die immer weiter fortschreitende Miniaturisierung von Chips zu ermöglichen. Bekannt wurde die Technologie unter anderem durch ihren Einsatz in den Maschinen des niederländischen Herstellers ASML.

Dass die Entwicklung in diesem Bereich auch weiter nicht stillsteht, zeigt das LDRS-Verfahren (Laser-Driven Radiation Sources). Dieses ermöglicht es zerstörungsfrei nicht nur durch dicke Stahl- und Betonwände hindurch zu sehen, sondern auch in sie hinein. Somit stellt es die erste Technologie dar, mit der große Bauteile wie Brücken oder Schiffscontainer genauso wie fest verschlossene Behälter von außen charakterisiert werden können.

Anstatt konventionelle Beschleunigertechnologie zu verwenden, werden Ionen durch den Laser beschleunigt und auf einen Konverter gerichtet, um dort über Teilchenreaktionen Neutronen zu erzeugen. Aktuell beschäftigt sich ein von Focused Energy geführtes Verbundprojekt mit der Entwicklung der weltweit ersten lasergetriebenen Neutronenquelle für den Industrieeinsatz. Der Hochleistungslaser, der von Trumpf, dem Fraunhofer-ILT und Focused Energy gebaut wird, feuert bis zu 100 Mal pro Sekunde auf ein sich selbst erneuerndes Target, das von Focused Energy zusammen mit der TU Darmstadt entwickelt wird. Der Laser beschleunigt die Teilchen auf einer Strecke von wenigen Millimetern. In konventionellen Teilchenbeschleunigern sind dafür mehrere Hundert Meter nötig.

Höhere Schnittgeschwindigkeiten und Präzision

Verlässt man die Ebene der generellen Weiterentwicklung der Lasertechnik und beschäftigt sich mit bestehenden Anwendungen – wie zum Beispiel dem Laserschneiden –, trifft man schnell auf einen Bedarf an höheren Schnittgeschwindigkeiten und mehr Präzision. Auch hier gibt es eine ganze Reihe von Weiterentwicklungen, die die Effizienz für Anwender deutlich steigern.

Der Trend geht nach wie vor hin zu mehr Laserleistung. Wie so häufig besteht die Herausforderung dabei aber gar nicht darin, die maximale Kilowatt-Zahl zu erhöhen, sondern diese industrietauglich, also mit entsprechender Schneidqualität aufs und ins Blech zu bekommen. Um das sicherzustellen, kommt es unter anderem auf ein perfektes Zusammenspiel zwischen dem Laser selbst und der Maschine an. Hierbei zeigt sich immer wieder, dass es von großem Vorteil ist, wenn Laserentwicklung und Maschinenentwicklung aus einer Hand oder besser einem Haus kommen.

Genau dieses Zusammenspiel liegt im Kern der Weiterentwicklungen von Trumpf, das Laserlösungen im Programm hat, die 24 kW Laserleistung erreichen und gleichzeitig höchste Qualität liefern. Dies gilt auch bei Baustahl mit einer Blechdicke von 50 mm.

Allerdings bringt auch die beste Technologie nur dann zählbare Ergebnisse, wenn sie wirklich zum Einsatz kommt. Daher ist es wichtig, Anwendern die Möglichkeit zu geben, mit den Fähigkeiten der Maschine zu wachsen, und ihnen beratend zur Seite zu stehen. Das hat sich Trumpf mit dem Laserguide zur Aufgabe gemacht. Anwender erhalten dort Zugriff auf leicht verständliche Basisinformationen zum Laserschneiden, eine Übersicht von Schneidprozessen und Funktionen anhand von Beispielbildern und eine ergebnisorientierte Technologieauswahl mithilfe des Process-Selection-Tools. So wird es möglich, immer den zum Kundenanspruch passenden Prozess zu finden. Für Kunden von Trumpf steht die Plattform über MyTrumpf kostenfrei zur Verfügung.

Eine weitere Möglichkeit, die Geschwindigkeit zu erhöhen, liegt darin, Prozessschritte zu optimieren. Ein Beispiel ist das Anbringen von Fasen, also Schrägschnitten, als Vorbereitung für Schweißnähte oder zum Abrunden scharfkantiger Bleche. Mit dem Laser lassen sich hier schnell präzisere Schnitte, auch für komplexe Geometrien, ermöglichen. Dadurch entfällt ein großer Teil der Nacharbeit. Trumpf bietet hierfür zwei Verfahren. Erstens Edgeline Bevel: Hier wird mit Standardlasermaschinen zunächst senkrecht geschnitten und anschließen die Schräge angebracht. Als Neuheit präsentiert Trumpf zur diesjährigen Euroblech die Bevel Cut Edition. Hier wird mithilfe eines neuen Schneidkopfes direkt im Schneidprozess der Schrägschnitt von bis zu 50 Grad geschnitten und hebt sich damit vom Wettbewerbsumfeld ab. Die Gesamtarbeitszeit kann damit um bis zu 80 Prozent reduziert werden.

Automatisierung und intelligente Fertigung

Wenig überraschend beschäftigen Fragen der Automatisierung und intelligenten Fertigung Anwender und Interessierte im Bereich der Laserfertigung ebenfalls stark. Dies kann sich auf eine konkrete Maschine und Anwendung ebenso beziehen wie auf größere Zusammenhänge, beispielsweise die Fabriksimulation und Fabrikplanung.

Letzteres hat einen hohen Einfluss auf die Gesamtperformance der Fertigung, die von Maschinen und Prozesszeiten abhängig ist. Wichtig ist dabei, dass es keine Einheitslösungen gibt. Es ist nicht möglich, jemandem ein Standardpaket Smart Factory oder Industrie 4.0 zu verkaufen. In diesem Bereich gilt immer, dass die Lösung auf die individuellen Gegebenheiten und Anwendungsfälle passen muss. Dies beginnt schon bei den ersten Schritten, dem typischen „Wo fange ich nur an?“ Trumpf unterstützt seine Kunden bei dieser Herausforderung unter anderem mit dem Geschäftsbereich Smart Factory Consulting. In der Arbeit mit den Kunden setzen die Experten bei Trumpf auf vier grundsätzliche Schritte:

• Analyse: Die Prozesskette wird vom Auftragseingang bis zum Versand analysiert. Darauf basierend werden Schritte zur Verbesserung abgeleitet.

• Fahrplan: In Zusammenarbeit zwischen den Kunden und den Experten bei Trumpf wird ein Plan für die individuelle vernetzte Fertigung erstellt.

• Aufbau: Die Umsetzung der zukünftigen Fabrik geschieht auf Basis eines Stufenplans für den Ausbau der benötigten Technologien.

• Changemanagement: Das Changemanagement wird in diesem Prozess häufig unterschätzt. Daher begleiten die Experten von Trumpf ihre Kunden in diesem Prozess.

Wendet man den Blick den tatsächlichen Produktionsprozessen zu, stellt man schnell fest, das die Automatisierung in der Blechbearbeitung schon bei intelligenten Schneidprozessen beginnt. Das kann beispielsweise bedeuten, diese an die äußeren Parameter anzupassen. Ein Aspekt hin zu einer automatisierten Fertigung kann also die adaptive Vorschubregelung Active Speed Control sein. Das System blickt durch die Düse in den Schnittspalt, überwacht den Schneidprozess und regelt selbstständig die Vorschubgeschwindigkeit. Selbst wenn die Blechdicke innerhalb einer Tafel variiert oder Qualitätsschwankungen wie Rost und Lackreste das Blech beeinflusst haben, stellt das System den richtigen Vorschub beim Brenn- und Schmelzschnitt sicher.

Wie Automatisierung in einer Laserschneidmaschine am Ende aussehen kann, zeigt Trumpf in seinem Flaggschiff Trulaser Center. Es handelt sich dabei um ein kompaktes Laserzentrum, das Beladung, Schneiden, Sortierung auch kleinster Teile und Entladung in einem automatisierten Prozess vereint.

Im Rahmen der Euroblech (22. bis 25. Oktober 2024 in Hannover) wird Trumpf außerdem zwei weitere Lösungen aus dem Bereich der Automatisierung vorstellen. Die erste Lösung übernimmt häufig zeitaufwendige Sortierarbeiten automatisiert und ohne Programmierung. Die zweite Lösung soll dort helfen, wo aufgrund des schwelenden Fachkräftemangels Personal immer schwieriger zu finden ist, und Schneidparameter optimieren.

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