Laserbearbeitung Per Laser mal so richtig vom Leder ziehen

Autor / Redakteur: Athanassios Kaliudis / Peter Königsreuther

Erfahren Sie, was für Autodesigner dabei herauskommt, wenn ein Sondermaschinenbauer wie Müko einen UV-Laser von Trumpf für die Bearbeitung von organischen Materialien in eine Maschinenidee integriert.

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Mit der Permacut hat der Sondermaschinenbauer Müko eine Standardmaschine im Produktportfolio, die zur Oberflächenveredelung organischer Materialien, wie Leder, dient. Integrietes Trumpf-Laser-Know-how macht's möglich. Hier hat der Laser mit einer Genauigkeit von unter 0,05 mm an den Segmentgrenzen eine Kopfstütze markiert. Weder sichtbare Versätze noch eine beschädigte Lederoberfläche sind dabei zu befürchten.
Mit der Permacut hat der Sondermaschinenbauer Müko eine Standardmaschine im Produktportfolio, die zur Oberflächenveredelung organischer Materialien, wie Leder, dient. Integrietes Trumpf-Laser-Know-how macht's möglich. Hier hat der Laser mit einer Genauigkeit von unter 0,05 mm an den Segmentgrenzen eine Kopfstütze markiert. Weder sichtbare Versätze noch eine beschädigte Lederoberfläche sind dabei zu befürchten.
(Bild: Kuhnle&Knoedler)

Der Lack des Sportwagens glänzt im Licht der Straßenbeleuchtung, er unterstreicht die Eleganz der stromlinienförmigen Karosserie. Sanftes Licht erhellt den Innenraum, das Leder der Sportsitze leuchtet in dezentem Muster. Tausende nur rund 0,05 mm große, mit hellen LEDs hinterlegte Perforierungen im Leder geben dem Autositz seinen einzigartigen Look. Möglich macht diese Designidee ein UV-Laser. In der vom Sondermaschinenbauer Müko entwickelten Standalone-Anlage Permacut ist ein solcher Laser integriert, mit dem sich organische Materialien wie Leder, aber auch Papier, Glas oder Holz markieren, perforieren und schneiden lassen. Das eröffnet Designern – und natürlich nicht nur aus der Automobilindustrie – ungeahnte Gestaltungsmöglichkeiten.

Die Impulse von Kunden sollte man weiterdenken

Das Kerngeschäft von Müko ist also der Sondermaschinenbau. Seit über 20 Jahren bietet das Unternehmen ein Rundumpaket aus Projektierung, Konstruktion, Programmierung und Montage dafür an. Sogar die Fertigung von Teilen übernehmen die rund 150 Mitarbeiter am Stammsitz in Süddeutschland. Weitere Produktionsstandorte sind in China und den USA angesiedelt. Peter Tauer, Abteilungsleiter Projekte/Vertrieb erklärt: „Was uns auszeichnet, ist unsere Neugier. Ideen von Kunden inspirieren uns dabei oft, diese weiterzudenken und eigene Produkte zu entwickeln.“ So sei es auch bei der Permactu gewesen. Mit dieser Maschine verlässt der Sondermaschinenbauer allerdings sein gewohntes Terrain und bietet erstmals eine Standardmaschine an.

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Zwei Expertisen verschmelzen zu einem System

Der einstige Ausgangspunkt war eine von einem Automobilhersteller gewünschte Sonderlösung zum Markieren von Autositzen. Der Automobilhersteller hatte mit dem Laserspezialisten Trumpf zusammen bereits einige Versuche gefahren und wünschte sich nun von Müko die Integration des getesteten Lasers in ein Maschinenkonzept. Tauer merkt an: „Wir arbeiten schon lange mit Trumpf zusammen und integrieren die Ditzinger Lasersysteme in unsere Anlagen. Das hauptsächlich zwar zum Schweißen, aber auch zum Markieren.“ Neu aber war in diesem Fall für Müko die Bearbeitung organischer Materialien wie eben Leder. Gemeinsam mit den Laserexperten habe man nun nach einer passenden Laserlösung gesucht, die für diese Anwendung der Trumark 6350 geworden ist, ein UV-Laser.

Denn das Laserlicht mit ultravioletter Wellenlänge wird vom zu bearbeitenden Material sehr gut absorbiert. Damit lassen sich auch bei hoher Markiergeschwindigkeit kontrastreiche Markierungen in hoher Qualität auf die Oberfläche applizieren. Bei der Bearbeitung des Leders mit UV-Lasern wird außerdem von einem überwiegend photochemischem Verfahren und weniger von einem thermischen Bearbeitungsprozess gesprochen. Das bedeutet, dass die Bindungen zwischen den Werkstoffmolekülen durch die eingebrachte Energie des Lichts und weniger durch die Erwärmung des Materials aufgebrochen werden.

Bei der Arbeit an der maschinentechnischen Antwort auf des Automobilherstellers Frage wurde den Experten von Müko und Trumpf schnell klar: und zwar, dass in der Grundidee der Sondermaschine noch viel mehr stecken könnte. Mit einigen Anpassungen, zusätzlichen Bearbeitungsmöglichkeiten und vor allem mit dem passenden Laser könnte das dabei herausgekommene Anlagenkonzept bald nicht nur für den Nischenmarkt Autositze interessant sein, sondern auch für andere Märkte. Die Idee zur eigenen flexiblen Standardmaschine wurde so geboren.

Ein Laser, viele Anwendungsmöglichkeiten

Die vielfältigen Markierkonzepte von Trumpf lassen Müko viel Spielraum. Generell verfügen die Laser der unterschiedlichen Trumark-Serien über eine hohe Pulsspitzenleistung und Puls-zu-Plus-Stabilität. Zusammen mit einer hohen verfügbaren mittleren Leistung sorgt das für kurze Prozesszeiten und aufgrund der hervorragenden Strahlqualität für höchste Bearbeitungspräzision. Unterschiedliche Wellenlängen sorgen auch bei verschiedensten Materialien für Bearbeitungserfolg. Außer organischen Stoffen wie Leder oder Holz lassen sich damit auch metallische Werkstoffe markieren. Für noch mehr Bearbeitungsflexibilität stehen für alle Wellenlängen der Trumark-Serie diverse Abbildungsoptiken mit unterschiedlichen Brennweiten zur Verfügung. Für eine unkomplizierte und effiziente Integration des Lasers in Maschinenkonzepte oder Fertigungslinien stehen zahlreiche Schnittstellen, wie beispielsweise Profinet, Ethercat, Ethernet IP, zur Verfügung.

Präzisionspaket wirkt sich gleich dreifach positiv aus

Mit dem leicht zu integrierenden UV-Laser ist die Permacut von Müko quasi perfekt für das Markieren, Perforieren und Schneiden von Leder ausgelegt. Und ihre große Arbeitsfläche von 500 mm × 750 mm entspricht exakt den größtmöglichen Formaten, die Lederstücke für die Herstellung von Autositzbezügen haben können, welche auch für die Sitzverarbeitung nötig sind. Der Bediener legt das Leder manuell auf die Arbeitsfläche, wo es mit per Vakuum fixiert wird. Ein berührungsloser Startlichtschalter beginnt initiiert dann die Laserbearbeitung, eine Rolltür schützt den Bediener dabei vor der Strahlung.

Die Steuerung haben die Spezialisten von Müko durch eine eigene Benutzeroberfläche ergänzt, die leicht und intuitiv zu bedienen ist. Mit der ebenfalls im eigenen Haus entwickelten Software lassen sich Designs im Vektor-(dxf)- und im JPG-Format einpflegen. Für die unerreichte Bearbeitungspräzision beim großflächigen Markieren sorgt die Messschlittenführung mit passenden Achsantrieben. Eine Klimatisierung hält die Temperaturen konstant und unterstützt die Genauigkeitsbestrebungen. Weil der Arbeitstisch unter dem Laser verfährt, kann die klassische Laseroptik zum Einsatz kommen: Bild fügt sich an Bild. Mit einer Präzision von unter 0,05 mm an den Segmentsgrenzen entstehen dabei keine sichtbaren Versätze. Mit der gleichen Präzision bringt der Laser Perforierungen mit Durchmessern bis 0,05 mm ein. Schneiden kann die Permacut Leder bis zu einer Materialstärke von 2 mm.

Sanft zum Leder und oberflächlich exakt

„Sehr viel Wissen“, resümiert die Müko-Marketingreferentin Grace Reinhardt, „mussten wir uns über das Material Leder aneignen. Dieser organische Werkstoff ist außerdem sehr empfindlich und verlangt eine sanfte Behandlung.“ Leder wird nach dem Einfärben in der Regel mit einer Oberflächenversiegelung versehen, die vor Abrieb und Verfärbung schützt. Beim Markieren muss der Laser optimal auf die Beschaffenheit dieses sogenannten Top Coats ausgerichtet sein, denn der Laserstrahl darf nur diese Schicht markieren, keinesfalls das darunterliegende Material. Die Parametereinstellungen müssen zudem sicherstellen, dass der Top Coat bei der Behandlung intakt bleibt und nicht verbrennt. Trotzdem entstehen durch die Hitzeeinwirkung beim Lasermarkieren dezente Gerüche. Die werden durch eine gezielte Absaugung direkt am Material sowie ein dreistufiges Filtersystem reduziert. Grace Reinhardt erzählt: „Wir haben in einem Workshop das Feedback von Gerbern eingeholt. Die waren total begeistert und überrascht von dem, was der Laser aus dem Material herausholt.“

Jetzt sind nur noch die Designer gefragt

Die Sondermaschine für den Automobilhersteller tut schon lange ihren Dienst. Seit Herbst 2018 steht der Prototyp der Müko-Permacut in Weinstadt. Es gebe konkretes Interesse von Automobilherstellern, Zulieferern, aber auch von Designern aus der Möbelbranche und einem Flugzeughersteller. Tauer betont: „Die Permacut kann, was viele Designer bisher für unmöglich hielten. Jetzt müssen wir ihnen zeigen, was mit mit dem Lasermarkieren auf unserer Maschine möglich ist und sie dazu inspirieren, auf die Anlage und ihre Features zu vertrauen.“ Als Sondermaschinenbauer hat Müko nach eigenem Bekunden Lösungen für alle Anforderungen in petto und Trumpf hat für alle diesbezüglichen Anwendungen und Materialien den passenden Laser in der „Schublade“. „Ob wir die Arbeitsfläche größer oder kleiner machen oder ob der Laser Metall, Glas, Kunststoff oder Holz markieren soll – Aufgrund der Grundidee der Permacut können wir alles universell anpassen,“ verspricht Tauer.

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