Uhrenfertigung Laserablation revolutioniert Fertigung

Von Dogan Basic, Product Manager Advanced Manufacturing, GF Machining Solutions

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Ein Uhrwerk besteht aus Hunderten von extrem kleinen Komponenten mit sehr engen Toleranzen. Um diese engen Toleranzen zu erreichen, setzen die Uhrenhersteller zunehmend auf Lösungen zur Lasermikrobearbeitung und profitieren dabei von niedrigeren Kosten, kürzeren Zykluszeiten, grösserer Designfreiheit und höherer Produktivität.

Bild 8: Anwendungstechniker können einzigartige Designs wie den Mond oder die Sterne auf dieser Messingsplatte realisieren, indem sie mit Graustufen spielen.
Bild 8: Anwendungstechniker können einzigartige Designs wie den Mond oder die Sterne auf dieser Messingsplatte realisieren, indem sie mit Graustufen spielen.
(Bild: GF Machining Solutions)

Uhrenhersteller und ihre Zulieferer erkennen zunehmend die Bearbeitungsmöglichkeiten und die damit verbundenen Vorteile des Lasers im Vergleich zu herkömmlichen Techniken wie der chemischen Gravur oder konventionellen Bearbeitungsverfahren wie der Drahterosion oder dem Fräsen. Die Anwendungen, die heute mit der Lasertechnologie möglich sind, sind vielfältig, und die Zahl der Anwender wächst unaufhaltbar. Aus dem Portfolio von GF Machining Solutions sind die Agie-Charmilles-Laser P 400 und die Microlution ML-5 die Maschinen, die sich am besten für die Uhrenindustrie eignen. Sie sind mit sogenannten Pulslasern ausgestattet, die in zwei verschiedenen Ausführungen eingesetzt werden können: als Nanosekunden- oder Femtosekundenlaser. GF Machining Solutions bietet seinen Kunden die Möglichkeit, mit verschiedenen Wellenlängen zu arbeiten, von infrarot bis grün oder sogar mit einer Kombination aus beiden auf derselben Maschine. Die Leistungen dieser Laser reichen von 20 W bis 150 W, und die richtige Wahl des Lasers hängt von der Anwendung und den vom Kunden definierten Faktoren ab.

Die wichtigsten Vorteile, die Laser Herstellern bieten, lassen sich wie folgt zusammenfassen:

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  • 1) Ersatz konventioneller, chemischer oder mechanischer Verfahren zur Optimierung der gesamten Fertigungsprozesskette und zur Erhöhung der Teilequalität
  • 2) Vereinfachung komplexer Prozesse durch Minimierung der Anzahl der erforderlichen Produktionsschritte und dadurch Verkürzung der Gesamtdurchlaufzeit
  • 3) Grössere Flexibilität in der Fertigungskette, die einen nahtlosen Arbeitsablauf und eine grössere Reaktionsfähigkeit auf Marktanforderungen ermöglicht

Je nach Anwendung in der Uhrenindustrie können einer oder mehrere dieser Vorteile den Hersteller oder den Zulieferer dazu bewegen, in die Lasertechnologie zu investieren. In der Vergangenheit haben nur die innovativsten Unternehmen die potenzielle Kapitalrendite verstanden und genutzt. Heute findet ein Paradigmenwechsel statt, der auch konservativere Uhrenhersteller dazu bringt, in eine Lasermaschine zu investieren. Das Vertrauen in diese Technologie ist gewachsen, und es gibt eine steigende Nachfrage nach komplexeren Teilen, die mit einer kürzeren Vorlaufzeit hergestellt werden müssen – Herausforderungen, die mit Laser bewältigt werden können.

Darüber hinaus überzeugt die Verbesserung der Lasertechnologie bei der Erzeugung von «handgefertigten» Effekten mit einem weniger «perfekten» Aussehen die Uhrmacher, in diese Richtung zu gehen. Die verschiedenen Arten von Anwendungen, z. B. Zifferblätter, Uhrengehäuse, Federhausbrücken, Grundplatten, sind vielfältig und daher an einen bestimmten Maschinentyp oder eine bestimmte Konfiguration gebunden.

Gestaltung von Reliefs und Farben für Zifferblätter von Uhren

Dank der Kapazitäten des Nanosekunden-Lasers in der Maschine Laser P 400 ist es nicht nur möglich, Reliefs auf Zifferblättern zu erzeugen, sondern auch, dank der Steuerung der Parameter und eines tiefen Verständnisses der Reaktion des Materials, ein Markierungsverfahren durch Glühen zu ermöglichen. Auf diese Weise können unbegrenzte Farben erzeugt werden, was die Gestaltungsfreiheit erweitert.

Weisse Gravur auf Gehäusen

Lange Zeit haben Uhrenhersteller die Weissgravur auf den Gehäusen an spezielle Zulieferer vergeben. Der Hauptgrund dafür war, dass es sich dabei um einen Prozess handelt, bei dem meist Chemikalien zum Einsatz kommen und der daher nicht nur aus Sicherheitsgründen, sondern auch nicht ohne Weiteres intern durchgeführt werden kann, um das Markenimage nicht zu schädigen.

Dank der Femtosekunden-Laser-Fähigkeiten der Laser P 400 kann diese Art der Gravur heute ohne den Einsatz von Chemikalien durchgeführt werden, was nicht nur positiv für die Umwelt ist, sondern dem Hersteller auch erlaubt, den Prozess intern durchzuführen und eine Unterbrechung der Produktionskette zu verhindern. Darüber hinaus bringt dies einen Gewinn an Qualität, vor allem in Bezug auf das Verhältnis «Breite zu Tiefe» der Ergebnisse der Gravur, im Vergleich zu herkömmlichen Technologien. Diese Art der Gravur kann mit der Laser P 400 von GF Machining Solutions dank des System-3R-Spannsystems und der Möglichkeit, ein Automatisierungsmodul hinzuzufügen, automatisiert durchgeführt werden.

Das Spektrum der Materialien erweitern

Dank der Fähigkeiten des grünen Femtosekunden-Lasers können Uhrmacher mit neuen Materialien wie Glas oder Saphir arbeiten. Die Nachfrage nach der Bearbeitung des Glases oder des Bodens von Uhren steigt, und die «grüne» Kapazität erweitert auch die Designmöglichkeiten.

Bearbeitung von Messingplatten

Die Lasertechnologie kann auch mechanische Verfahren wie das Drahterodieren oder Fräsen ersetzen. Das Teil im Bild 8 ist aus Messing, und dank einer besonderen Wahl der Parameter des Femtosekunden-Lasers kann ein beachtlicher Glanz erzielt werden. Traditionelle Uhrmacherdekorationen wie «Côtes de Genève», kreisförmige oder andere Maserungen können auf einfache und schnelle Weise hergestellt werden. Indem sie mit Graustufen spielen, können Anwendungstechniker einzigartige Designs und visuelle Effekte erzielen, wie unten auf dem Bild 8 zu sehen.

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Laserschneiden von Mikro-Uhrenbauteilen

Die verschiedenen Kavitäten des obigen Teils wurden mit der Lasermikrobearbeitungslösung Microlution ML-5 geschnitten, die ebenfalls mit einem Femtosekunden-Laser ausgestattet ist. Dank ihres speziellen Schneidkopfes ermöglicht diese Lösung ein schnelles Schneiden unter Beibehaltung gerader Wände mit hoher Oberflächengüte. Immer häufiger werden die Vorteile der Lasertechnologie für das Schneiden komplexer Mikrokomponenten genutzt. Ob bei Zahnrädern, Indexen oder anderen Bauteilen, die Lasertechnik kann die Taktzeit deutlich verbessern.

Bearbeitung von Werkzeugen

Bei Uhren der mittleren Preisklasse werden zum Teil auch die Werkzeuge zur Herstellung der Uhrenteile mit Laser bearbeitet. Dank der Fähigkeiten des Femtosekunden-Lasers, der eine grosse Feinheit der Ergebnisse ermöglicht, können die feinen Gravurdetails auf den fertigen Uhrenkomponenten leicht reproduziert werden.

Obwohl einige Uhrenhersteller und ihre Zulieferer schon vor Jahren Lasertechnologien eingeführt haben, ist die Begeisterung für diese Möglichkeiten seit einiger Zeit gewachsen. Dies ist zum einen auf ein grösseres Vertrauen in den Prozess und in die Fähigkeit von Unternehmen zurückzuführen, ihre Kunden mit diesen Technologien zu unterstützen, und zum anderen auf ein grösseres Verständnis für die Vorteile, die Laserlösungen bieten, um die Zykluszeit zu reduzieren und neue Designs schnell zu entwickeln. In der Welt der Uhrmacherei ist Zeit alles. SMM

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