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Laser

Strahlend in die Zukunft

| Autor / Redakteur: Peter Königsreuther / Peter Königsreuther

Als Allroundwerkzeug bietet der Laser noch vielfältige Einsatzmöglichkeiten.
Als Allroundwerkzeug bietet der Laser noch vielfältige Einsatzmöglichkeiten. (Bild: Weil Engineering)

Keine Bearbeitungsmöglichkeit kann ihre Einsatzflexibilität so facettenreich demonstrieren wie der Laser. Schnell, präzise und in vielerlei Hinsicht materialschonend schweißt, schneidet oder strukturiert und markiert das Allroundwerkzeug aus gebündeltem Licht quasi alle Werkstoffe von Metall bis hin zu Glas und Keramik. Das tut der Laser mal sanft und filigran, etwa beim Ritzen von Glas für Displays, oder, wenn es um das Trennen zentimeterdicker Stahlplatten geht, mit richtig Power. Erfahren Sie hier nun, welche Trends und Ideen die Laserzukunft bestimmen werden.

Auch die Hersteller und Anwender des „Allroundwerkzeugs Laser“ sowie laserbasierter Systeme, die in vielfältiger Art und Weise die industrielle Materialbearbeitung revolutionieren, kommen um das Thema Industrie 4.0, Digitalisierung und Vernetzung nicht mehr herum. Und geht es um den Laser, dann kommt man an Trumpf nicht vorbei. Als echter Pionier aus der Laserbranche hat das Unternehmen aus Ditzingen im Hinblick auf die Laserzukunft demonstriert, wie Strahlquellen samt Peripherie in die Datenwelt der Smart Factory integrierbar sind und wie die Laserbearbeitungsverfahren fit für Industrie 4.0 werden. Trumpf betont dazu, dass sich Laserprozesse quasi von der Steckdose bis zur Prozesszone komplett in Daten abbilden, überwachen und steuern lassen. Folglich stünden diese Daten für viele Industrie-4.0-typische Anwendungen, wie Qualitätsdatensicherung oder Cockpits zur Datenvisualisierung, relativ leicht zur Verfügung. Zu zeigen, wie das geht, war bei Trumpf ein Schwerpunkt auf der Messe Lasys.

Laser-Remote-Anbindung eröffnet Potenziale von Industrie 4.0

Ein Beispiel dafür ist die Laser-Remote-Anbindung, die es über ein sicheres IT-Konzept ermöglicht, die Applikationserfahrung und das Know-how der Trumpf-Experten für Services wie Condition Based Monitoring oder Predictive Maintenance zu nutzen, heißt es. Dazu übertrage man die Daten über verschlüsselte Leitungen in die Cloud, wo spezielle Algorithmen und die Trumpf-Experten daraus belastbare Trendanalysen berechnen könnten. Unregelmäßigkeiten und deren etwaige schädliche Auswirkungen auf Maschine und Produktion offenbarten sich so rechtzeitig, heißt es. Das Ziel ist, sich selbst kontrollierende und regelnde Systeme zu entwickeln.

Beim Laserprozess komme es auch auf das optimale Zusammenspiel zwischen Strahlquelle und Bearbeitungsoptik an. Hier sind wir beim Stichwort Strahlformung. Unproblematisch soll es erst dann sein, wenn eine Lasersteuerung beide Systeme exakt miteinander synchronisieren kann. Smarte Bearbeitungsoptiken stehen dabei in ständigem Kontakt mit der Prozesssensorik und den Bahnführungssystemen, so Trumpf. Till Schneider, Leiter Produktmanagement der Laser- und Systemtechnik bei Trumpf, präzisiert: „Die jüngsten Entwicklungen in der Prozesssensorik haben der robotergeführten Remote-Bearbeitung einen zusätzlichen Schub gegeben. So positioniert das System beispielsweise Schweißungen mithilfe einer an der Optik angebundenen Kamera oder eines OCT-Sensors. Sie überwacht den Prozess dabei und regelt ihn in Echtzeit.“ Auch könnten moderne Scanneroptiken wie die intelligente programmierbare Fokussieroptik (I-PFO) die Roboterbewegung exakt steuern und überlagern dabei ihre Auslenkung des Laserstrahls im dreidimensionalen Arbeitsraum flexibel und hochdynamisch. Bauteil, Optik und Roboter können in einer Software von Trumpf simuliert und die Taktzeit optimiert werden. Vor Ort in der Fertigung kann der komplette Prozess dann am Panel des Roboterherstellers umgesetzt und angepasst werden.

Trumpf war außerdem ein Lasys-Aussteller, der eine Premiere zu bieten hatte. Nämlich den faserbasierten Festkörperlaser Trufiber 2000. Wie es heißt, erzeugt das neue System einen perfekten Single-Mode-Strahl, der sehr kleine Fokusdurchmesser mit hohen Leistungsdichten ermögliche. Dazu komme eine bessere Strahlqualität, woraus sich ein größeres Scanfeld bei der Remote-Bearbeitung ergebe. Außer für Schweißprozesse mit linearem Vorschub eignet er sich auch sehr gut für das Wobbelschweißen, das heißt mit Oszillation und überlagerter Vorwärtsbewegung des Strahls, so Trumpf. Dieser Prozess verbessere die Schweißnahtqualität und erlaube eine einstellbare Schweißnahtbreite. Die sehr gute Strahlqualität mache in diesem Fall eine höhere Einschweißtiefe bei gleicher Laserleistung möglich. Mit dem Trufiber 2000 gelingt laut Hersteller aber auch das präzise Feinschneiden an Blechteilen mit Stegbreiten von unter 50 µm.

Der Laser als Wegbereiter in die wirtschaftlichere E-Mobilität

Laut Trumpf ist der Trufiber beim Schneiden von Kleinserien oder sehr vielen Varianten dem Stanzen produktivitätsmäßig durchaus überlegen. Und wenn es um das Schweißen geht, dann sorgt seine Performance für absolut gas- und flüssigkeitsdichte Schweißnähte, wie sie etwa bei Batteriegehäusen für die E-Mobilität gefordert werden. Trumpf unterstreicht damit seinen Anfang des Jahres verkündeten Unternehmensfokus, mit seinen Lasern die Mobilität der Zukunft bezahlbarer und sicherer zu machen.

Und Trumpf ist dabei auf dem richtigen Weg. „Die Anwendung des Lasers zieht sich durch die gesamte Prozesskette der Elektroautomobilfertigung“, betont Dr. Jens Standfuß, Leiter des Geschäftsfelds Fügen beim Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden. Dabei ist es egal, ob es die Batterieherstellung, die elektrischen Kontaktierungen sowie die Verbindung oder den Antriebsstrang – also sowohl die Leistungselektronik als auch den Elektromotor – betrifft, so Standfuß.

Thibault Bautze, Leiter Technischer Vertrieb bei Blackbird Robotersysteme, ergänzt dazu: „Speziell bei der Elektromobilität sind diverse und viele stoffschlüssige Verbindung von unterschiedlichen Materialien, wie etwa zwischen Kupfer und Aluminium, als Ersatz für mechanisch gefügte Verbindungen interessant.“ Und Marc Kirchhoff, Leiter Branchenmanagement Automotive bei Trumpf, stellt fest: „Neue Strahlformungskonzepte oder veränderte Wellenlängen wie grünes Laserlicht helfen dabei, denn sie reduzieren zum Beispiel signifikant die Anzahl der Spritzer beim Schweißen von Kupferbauteilen. So steigt die Qualität der Produkte und der Ausschuss wird minimiert.“ Bereits jetzt und auch in Zukunft werde der Laser bei der Fertigung der Elektromotoren eine wesentliche Rolle spielen. Kirchhoff: „Laser werden eingesetzt, um beispielsweise Hairpins in Elektroantrieben remote zu verschweißen, berührungsfrei – und dank Bildverarbeitung hochpräzise.“ Neuentwicklungen, die derzeit im Bereich der Automobilindustrie laufen, betreffen etwa die Elektrobleche für die Rotoren.

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