Präzisions-Laserschweißen ersetzt bei Kleinbauteilen das Fräsen

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Die Pulsspitzenleistung bei cw-Systemen ist derzeit in der Regel nicht höher als die Laserleistung. Allerdings sind gepulste Faserlasersysteme in der Entwicklung, bei denen die Pulsspitzenleistung um den Faktor fünf höher ist als die Durchschnittsleistung [2] im Vergleich zu den gepulsten Nd:YAG-Systemen mit einem Faktor von 30.

Betriebskosten von gepulsten Nd:YAG-Festkörperlasern deutlich gesenkt

Ein in der Praxis oft vernachlässigter Faktor ist die Strahlqualität. Die hochbrillanten Laserquellen haben eine meist zu gute Strahlqualität, die zum Teil Probleme bereitet, zum Beispiel bei der Spaltüberbrückbarkeit durch ein zu schmales Schmelzbad und bei Durchschweißungen durch Einbrandkerben auf der Nahtoberseite. Trotzdem geht der Trend hin zu Faser- und Diodenlasern.

Der lampengepumpte Laser hat entscheidende, betriebskostenbedingte Nachteile. Um diesen entgegenzuwirken, wurde in den vergangenen Jahren die Lebensdauer der Blitzlampen von gepulsten Nd:YAG-Festkörperlasern erheblich gesteigert und so konnte man die laufenden Betriebskosten deutlich senken.

Laserschweißen bewältigt hohe Toleranzanforderungen bei kleinen Bauteilen

Der Nutzen des Laserschweißens zeigt sich beispielhaft an geschweißten Blechbaugruppen für die Elektronikindustrie, die ursprünglich als Frästeil konzipiert wurden. Die grundsätzlichen Schwierigkeiten liegen in der geringen Bauteilgröße und den sehr hohen Toleranzanforderungen.

Bei dem in Bild 1 gezeigten Produkt werden fünf Blechteile und drei Drehteile miteinander verschweißt. Aufgrund der Toleranzen von 0,05 bis 0,1 mm für die gesamte Baugruppe müssen die Blechteile mit Toleranzen von zum Teil unter 0,02 mm gefertigt werden. Die Konstruktion durch Laschen und Öffnungen in den Blechen sorgt für eine einfache Montage der Blechteile. Das Schweißen der Laschen mit kurzen Steppnähten gewährleistet eine ausreichende Stabilität und einen geringen Wärmeverzug.

Mitnehmer für Leiterplatten-Bestückungsautomaten mit Laserschweißen gefertigt

Das zweite Beispiel zeigt einen sogenannten Mitnehmer, der sich mit 60 bis 70 Hüben pro Minute bewegt und in Leiterplatten-Bestückungsautomaten verbaut wird (Bild 2). Neben den Kosten war in diesem Fall auch das Gewicht ein Grund, über eine Konstruktionsänderung nachzudenken.

Bild 3 erläutert die Funktionen des Mitnehmers, die beim Re-Design berücksichtigt werden mussten. Die Jahresstückzahl von 90000 erforderte eine absolute Serientauglichkeit des gesamten Fertigungsprozesses bis hin zur Logistik.

BBW Lasertechnik hat das Teil als Biegeteil mit geformtem Gewinde konzipiert. Der Führungsstift wurde als Blechlasche ausgeführt und hat eine Toleranz von -0,03 mm. Die Positionstoleranz der Passung für die Ausrichtung am Anker zur Position der Stanznadel lag unter ±0,02 mm. Neben der Position des Gewindes durch den naheliegenden Bug war die Parallelität der 3,6H9-Bohrung eine der großen fertigungstechnischen Herausforderungen (Bild 4).

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