Lasys 2012: Mit Laseroberflächen in grosser Vielfalt bearbeiten

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Mikrostrukturierungsverfahren

Die besonderen Vorteile der Laserbearbeitung in der Photovoltaik liegen nach 3D-Micromac darin, berührungslos Energie ins Material einbringen zu können, den Strahl flexibel führen, Material selektiv abtragen sowie die Energiezufuhr exakt dosieren zu können und in der sehr geringen Materialschädigung. «Damit sind optimale Voraussetzungen gegeben, hohen Durchsatz bei grösstmöglicher Flexibilität und geringer Ausschussrate zu erzielen», meint Kiessling. Laser für die Oberflächenbearbeitung, speziell in der Photovoltaik, gewinnen dem Key Account Manager zufolge heute mehr und mehr an Bedeutung: «Um die Produktionskosten zu verringern, respektive den Wirkungsgrad zu steigern, investieren die Hersteller von Solarzellen in vollautomatisierte Anlagen. Aufgrund der hohen Effizienz bei bestmöglicher Präzision sowie geringster Materialschädigung haben sich heute laserbasierte Mikrostrukturierungsverfahren einen festen Platz in diesen Produktionslinien gesichert.»

Effizientes Laserhärten

Geht es darum, Werkzeuge und Maschinenbauteile verschleissfest zu machen, dann stehen Härte- und Auftragschweissprozesse in der Laseroberflächenbehandlung im Vordergrund. Bei beiden Prozessen soll sich das Werkstück möglichst wenig verziehen, was bei herkömmlichen Verfahren oft aufwändige Nacharbeiten zur Folge hatte. Der Laserstrahl hingegen ermöglicht es, selektiv vorzugehen und äusserst präzise nur bestimmte Zonen des Werkstücks zu behandeln – auch schwer zugängliche Stellen. «Das bringt grosse Vorteile», sagt Dr. Hans-Michael Ochlich, Leiter Maschinenbau bei Laservorm, «denn der gesamte Härteprozess kann beschleunigt werden, Nacharbeiten fallen so gut wie gar nicht an und es werden Kosten gespart.»

In erster Linie entwickelt Laservorm innovative Laserschweiss-, Laserschneide- und -bohranlagen. Doch auch im Laserstrahlhärten und Laserauftragschweissen kann das Unternehmen durch 18 Jahre Praxiseinsatz hohe Kompetenz vorweisen. «Wir führen Oberflächenhärtungen mit Tiefen von 0,1 bis maximal 2 Millimetern an fertig bearbeiteten Werkstücken mit Nd:YAG-, Faser- und Diodenlasern nahezu verzugsfrei durch», sagt Dr. Ochlich. Schneidkanten, Lagersitze, Führungsleisten, Kurvenscheiben und vieles mehr können effizient und in hoher Qualität mit dem Laser gehärtet werden. Dr. Ochlich weiter: «Im Verfahren Auftragschweissen verarbeiten wir eine breite Palette pulverförmiger und drahtförmiger Zusatzwerkstoffe und können so Bauteile belastungsgerecht mit Sonderwerkstoffen veredeln.»

Laserreinigen undLaserauftragschweissen

Beim Laserauftragschweissen und Laserreinigen sind Lasersysteme, wie sie die Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH mit der «Tru-Laser Robot 5020» und der «Tru-Mark Station 5000» im Portfolio hat, ideal geeignet. Das Laserauftragschweissen wird häufig bei Reparaturen angewandt. Mit Hilfe eines Laserstrahls wird ein Schmelzbad auf der Bauteiloberfläche erzeugt, in das ein Zusatzwerkstoff kontinuierlich eingebracht wird. Es ergibt sich eine schmelzmetallurgische Verbindung zwischen Schicht und Trägerbauteil. Durch Überlappen mehrerer Spuren entsteht eine dichte und gleichmässige Schicht mit definierten Eigenschaften. Gegenüber herkömmlichen Verfahren kann der Laser Vorteile aufweisen: Er wirkt nur in unmittelbarer Umgebung der Schweissstelle. Bereits im Abstand von wenigen Millimetern bleibt das Werkstück nahezu kalt. Dadurch können filigrane Formen ohne Einbrand sowie verzugsarm aufgeschweisst werden. Das Reparaturauftragschweissen wird zum Beispiel bei Turbinenschaufeln aus Titan angewandt. Durch eine gezielte, punktuelle Reparatur werden die Schaufeln wieder zuverlässig instand gesetzt. Damit entfällt eine zeit- und ressourcenintensive Herstellung dieser komplexen Bauteile. «Die dadurch realisierte Kosteneinsparung ist im Vergleich zur Neuherstellung erheblich», so Klaus Löffler, Leiter internationaler Vertrieb bei der Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH, «und auch der CO₂-Footprint des Bauteils ist deutlich geringer. Dabei weisen die reparierten Turbinen keine Unterschiede in den Oberflächeneigenschaften zu neuen Turbinen auf.»

Eine unsichtbare, aber an Bedeutung zunehmende Rolle spielt die punktuelle Reinigung von Oberflächen in der Vorbereitung von Bauteilen für Schweiss- oder Klebeprozesse mit dem Laser. Gewollte oder unvermeidbare Schichten auf der Werkstückoberfläche müssen entfernt werden, da diese den Fügeprozess beeinträchtigen. Die speziellen Anforderungen dieser Applikationen machen den Einsatz von Kurzpulslasern mit Scannern besonders interessant: Sie bieten je nach zu bearbeitendem Material verschiedene Wellenlängen, sehr kurze, energiereiche Pulse und eine Scanner-Optik, die diese Pulse in beliebigen Mustern und auf hundertstel Millimeter genau über das Werkstück lenkt. Ausserdem lassen sie sich gut in vorhandene Fertigungsumgebungen integrieren.

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