Lasertechnik Kontaktlose
Lasertechnik Kontaktlose Bearbeitung auf höchstem Niveau Mit der GL.smart läuft´s rund: Der Laser als Drehmeißel hebt die Zerspanungstechnik auf ein neues Level. Die neue GL.smart stellt mit bis zu 16 simultanen Achsen das Allroundtalent im Bereich der Lasermikrobearbeitung dar und kann dabei die Flexibilität, die der Laser bietet, voll ausschöpfen. Durch den berührungslosen Abtrag bleibt das Werkstück während der gesamten Bearbeitungszeit kraft- und verformungsfrei. So kommt es auch bei sehr filigranen Bauteilen nicht zu Genauigkeitsverlusten GFH GmbH info@gfh-gmbh.de www.gfh-gmbh.de Die Drehbearbeitung ist eines der wichtigsten und ältesten Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bauteilen in nahezu jedem Industriebereich. Bereits seit dem Mittelalter wird dieses Verfahren kontinuierlich weiterentwickelt und an die sich verändernden Herausforderungen angepasst. Die Zerspanungstechnik bringt die Produzenten jedoch insbesondere bei Klein- und Kleinstbauteilen vor allem hinsichtlich Drehmeißelverschleiß, Standzeit, Bearbeitungskräfte und Wärmeeinflusszone an die Grenzen des technisch Machbaren. Doch nun heben die Laserexperten der GFH GmbH diese Fertigungsmethode auf eine neue Stufe: Der Drehmeißel wird durch einen berührungslosen Laser ersetzt, der das Material mit ultra-kurzen Laserpulsen verdampft. Diese Technologieerweiterung wurde von der GFH in eine eigens dafür konzipierte Produktionsmaschine integriert. Dabei wird der verfahrensbedingte Technologienachteil des geringeren Abtragvolumens pro Zeiteinheit gegenüber dem spanabhebenden Verfahren durch das Doppelspindlerkonzept eliminiert. Die mit dieser Technik ausgestattete GL.smart stellt in Verbindung mit den integrierten CAD/ CAM Lösungen den nächsten Meilenstein in der Geschichte der Drehbearbeitung dar. Die Einsatzbereiche der neuen GL.smart sind vielfältig und reichen von der Medizintechnik zur Herstellung von Mikrowerkzeugen wie Pinzetten, Mikroschneiden oder Implantaten bis hin zur Uhrenindustrie zur Fertigung sogenannter Pivots, die in Uhrwerken verbaut werden Background „Rotationssymmetrische Bauteile werden im Zuge der Miniaturisierung immer kleiner und anspruchsvoller“, berichtet Florian Lendner, Geschäftsführer der GFH GmbH. „Hier stoßen die konventionellen Fertigungstechnologien an ihre Grenzen, denn die Zerspankräfte, die auf das Bauteil und die geringen Werkzeuggrößen wirken, erschweren die Bearbeitung und machen diese bei besonders sensiblen Geometrien sogar unmöglich. Dies gilt insbesondere wenn Werkstoffe benötigt werden, die als schwer zerspanbar gelten.“ Bereits vor mehreren Jahren hat die GFH GmbH daher auf ihren universellen Lasermikrobearbeitungsanlagen die Möglichkeit der Dreh-Schleifbearbeitung mit Laser demonstriert und erste Produktivlösungen geliefert. Jedoch konnte das volle Potential der neuen Fertigungstechnologie nur teilweise ausgeschöpft werden, da die Maschinen nicht für diese Anwendungen konzipiert waren. Einschränkungen gab es etwa bei der Rotationsgeschwindigkeit der Bauteile, der effizienten Verwendung der Laserstrahlung und generell am kompletten Workflow. Diese Einschränkungen konnten schließlich beseitigt werden: „Nach einer mehrjährigen intensiven Entwicklungsarbeit zusammen mit Referenzkunden und unterstützt durch eine europäische Forschungsförderung im Rahmen des Projekts Horizon 2020 können wir voller Stolz unsere neue Dreh- und Schleiflösung vorstellen“, so Lendner. „Sie ist als Doppelspindler in Kurz- und/ oder Langdrehbauform erhältlich, wahlweise mit einer Dreh-Schwenk- Einheit als Gegenspindel. Damit sind der Komplexität der Bauteile keine Grenzen gesetzt und sogar eine stirnseitige Endenbearbeitung wird ermöglicht.“ Allround-Talent für rotationssymmetrische Präzisionsbauteile Neben der reinen Dreh- und Schleifbearbeitung ist die Maschine auch in der Lage Bohr-, Schneidund Gravur-Operationen durchzuführen – ganz ohne Umbauarbei- 44 3/2020
Lasertechnik In dieser vereinfachten Darstellung wird die zugrundeliegende Doppelbearbeitung der Anlage deutlich ten. Dadurch wird die GL.smart zu einem Allroundtalent für rotationssymmetrische Präzisionsbauteile. Ein wesentlicher Faktor, um dies zu gewährleisten, ist die hohe Geschwindigkeit bei absoluter Präzision, mit der bearbeitet werden kann. Die luftgelagerte Hauptspindel wird hierfür mittels Torque- Antrieb positionsgeregelt innerhalb von 0,4 sec. auf bis zu 3500 U/min beschleunigt. Radiale und axiale Rundläufe im Nanometerbereich ermöglichen die Fertigung mit Schleiftoleranzen. Ein kraftgeregeltes Zug-Spannzangensystem mit Taumelkorrektur und automatischen Stangenvorschub stellt die Schnittstelle zum Bauteil dar. Näher betrachtet Als neueste Maschine der GL- Serie bietet die GL.smart mit Maßen von 2212 x 1026 x 2320 mm (L x B x H) Produktivität auf kleinstem Raum. Neben ihrem kompakten Design besticht die Anlage durch eine innovative, schwarze Glasumhausung. Diese gewährt neben dem vollumfänglichen Schutz vor Laserstrahlung, auch eine sichere und durch Testverfahren nachgewiesene Abschirmung vor auftretender Röntgenstrahlung. Durch den Einsatz von Hochleistungslasern in Kombination mit einer Strahlteilung ist die gleichzeitige Bearbeitung auf zwei Stationen möglich, was gleichzeitig einen doppelten Output bedeutet. „Auf Wunsch kann die Maschine zudem mit einem Stangenlader als Beschickungseinheit ausgerüstet werden, so dass sie in Kombination mit einem integrierten Bauteil- Handling mittels Roboter ohne Einschränkung mannlos im 24/7-Betrieb eingesetzt werden kann“, erläutert Lendner. „Die Zuführung des Rohmaterials sowie die Entnahme der Fertigteile erfolgt ohne Unterbrechung der Produktion.“ Darüber hinaus werden SPC- und N.I.O.- Teile getrennt gehalten und ebenfalls über den Roboter unterbrechungsfrei ausgegeben. Einsatzbereiche von der Medizintechnik bis zur Uhrenindustrie Die Einsatzbereiche der neuen GL.smart sind vielfältig und reichen von der Medizintechnik zur Herstellung von Mikrowerkzeugen wie Pinzetten, Mikroschneiden oder Implantaten bis hin zur Uhrenindustrie zur Fertigung sogenannter Pivots, die im Uhrwerk verbaut werden. Die Vorteile der Laserbearbeitung liegen dabei zum einen in den attraktiven Fertigungszeiten, die dank des Schrupp- und Schlicht-Verfahrens mittels Ultrakurzpuls-Laser realisierbar sind. In einem ersten Schritt wird dabei durch das Schruppen mit hohem Energieeintrag möglichst viel Material abgetragen. Für die Feinbearbeitung wird im Schlichtprozess mit weniger Energie die finale Qualität erreicht. Zum anderen kann bei der berührungslosen, verschleißfreien Bearbeitung auch kleinster Bauteile nahezu jedes Material verwendet werden. „Das Laserdrehen ermöglicht insbesondere bei der Herstellung und Bearbeitung von Präzisionsteilen eine ungewöhnlich hohe Genauigkeit, sodass andere, aufwendigere Verfahren wie beispielsweise das konventionelle Schleifen oder Rollieren eingespart werden können“, erläutert Lendner. „Durch den Durch den Einsatz von Hochleistungslasern in Kombination mit einer Strahlteilung ist die gleichzeitige Bearbeitung auf zwei Stationen möglich, was gleichzeitig einen doppelten Output bedeutet berührungslosen Abtrag bleibt das Werkstück während der gesamten Bearbeitungszeit kraft- und verformungsfrei. So kommt es auch bei sehr dünnen und filigranen Bauteilen nicht zu Genauigkeitsverlusten.“ Auf diese Weise können auch Teile mit großer Ausspannlänge einfach bearbeitet werden. Steuerungs-Software basiert auf mehr als 20 Jahren Prozesserfahrung Über die ebenfalls von GFH entwickelte Software GL.control lassen sich die Anlagen uneingeschränkt programmieren und steuern, wobei der Software Prozess-Knowhow aus über 20 Jahren zugrunde liegt. „Durch die eigene Software-Entwicklung und tägliche Anwendung im Haus, befindet sich die GL.control in einem stetigen Verbesserungsund Weiterentwicklungsprozess“, so Lendner. „Das intuitive und einfache Bedienkonzept, die Integration der CAD-CAM-Funktionen sowie die vollständige Einbindung und Integration aller Subsysteme, wie dem Laser, Scanner oder Bohroptik vereinfachen dem Anwender die Bedienung der Maschine getreu dem Motto ‚Nur eine Software für alles‘.“ Auch die in die GL.smart integrierte Steuerung, die als schnellste CNC-Steuerung auf dem Markt gilt, unterliegt seit mehr als zehn Jahren einem Weiterentwicklungsprozess, der speziell auf die Laserbearbeitung ausgerichtet ist. So bietet diese Steuerung Echtzeitzugriff für die Laseransteuerung, sodass der Laser bei voller Dynamik der Achsen auf 40 nm genau eingeschaltet werden kann. ◄ Die GL.smart ist als Doppelspindler in Kurz- und/oder Langdrehbauform erhältlich, wahlweise mit einer Dreh-Schwenkeinheit als Gegenspindel 3/2020 45
