Lasertechnik Bild 3:
Lasertechnik Bild 3: Prinzip der Laserablation für das Shimming der Rumpfkomponenten (links) und zur Einbringung von Metallsensoren in tiefere Lagen der Tragflächenstruktur (rechts) zieren und die mechanischen Eigenschaften zu erhöhen, werden die Fasern zusätzlich in einer Argon- Inert-Atmosphäre wärmebehandelt. Dies wird als Graphitisierungsprozess bezeichnet, bei dem der oxidierte Faseranteil durch Rekombination der Kohlenstoffatome zur Graphitstruktur reduziert werden. Im Ergebnis liegt ein typischer Oxidationsanteil im Bereich von 0,5 bis 1,5 Volumenprozent vor, was etwa fünfmal kleiner ist als nach dem Karbonisationsprozess. Abschließend werden die Fasern mit einem als Sizing bezeichneten Haftvermittler oberflächenbehandelt, um die Reibung mit dem Matrixmaterial zu erhöhen und die Faser vor Umwelteinflüssen zu schützen. Die Fasern werden anschließend zu Faserbündeln zusammengeführt. Diese Bündel bestehen aus 1000 bis 24.000 Fasern. Je nach angestrebter mechanischer Beständigkeit werden die Bündel dann zu mehreren Kohlefaserlagen verwebt. Eine der bevorzugten CFK-Materialien in der Aerospace-Industrie ist Hexply M21. Dieses besteht aus einer Epoxidmatrix, die vierzehn Kohlefaserschichten einer Dicke von jeweils etwa 400 µm in Leinwandbindung umgibt. Hexply M21 wird in erster Linie für Strukturen in Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt und bietet eine hohe Zähigkeit und Restdruckfestigkeit. Die beobachteten Werte für den Oxidationsanteil der Fasern bleiben auch nach der Excimerlaser- Freilegung unter den 5%, die nach dem Karbonisationsvorgang erreicht werden. Daher ist der Abtrag des Oberflächenmatrixmaterials mit der Excimerlaserwellenlänge 248 nm für die Sensorintegration vielversprechend. Karbonfaserverstärkte Kunststoffe werden nicht nur in der Luftfahrt zunehmend wichtiger. Ihre Weiterverarbeitung und Oberflächenmodifikation erfordert diverse oberflächennahe Abtragsprozesse mit teilweiser oder vollständiger Faserfreilegung. Kurzwellige und in ihrer Lichtleistung bis in den Kilowattbereich skalierbare Excimerlaser-Systeme ermöglichen selektives und damit faserschonendes Bearbeiten mit hohem Durchsatz. ◄ Maschinen zur hochpräzisen Laserbearbeitung Die Maschinensysteme von Busch Microsystems bilden in der hochpräzisen Laserbearbeitung eine Klasse für sich. Mithilfe der Synchronized Scan Motion-Technologie (SSM) setzten sie neue Maßstäbe in punkto Genauigkeit, Arbeitsgeschwindigkeit und Produktivität (Steigerung um bis zu 41 %). Dahinter verbirgt sich die hochpräzise, synchronisierte Bewegung eines Laser-Scanners und eines XY-Positioniertisches. Die Effizienz der Scanner-Technologie wird darin deutlich, dass man für das Markieren eines Kreises von 200 mm Durchmesser mit umlaufender Schrift lediglich 3,3 Sekunden benötigt. Innerhalb eines Scanfelds von etwa 100 mm erreicht man eine Genauigkeit von 2...3 µm, und mikroskopische Untersuchungen beweisen, dass diese Technologie keine Stiching-Fehler aufweist. Eine Software zerlegt die Bewegungsmuster in optimierte Anteile für das hochdynamische Scanner-System und den superpräzisen Positioniertisch und leitet die separaten Bewegungsprofile an die beiden Systeme weiter. Geplante Veranstaltungen sind die Photonics West (USA) vom 9. bis 11.3.2021, Stand 3176, die Laser World of Photonics (München) vom 21. bis 24.6.2021 und zuletzt die productronica (München) vom 16. bis 19.11.2021 Busch Microsystems Consult GmbH www.busch-microsystems-consult.de 48 3/2020
Lasertechnik Laser statt Fräse: Nutzentrennen per Laser revolutioniert Mikromaterialbearbeitung Verbleibt beim Trennen der Nutzen per Säge oder Fräse aufgrund des notwendigen Spielraums für Sägeblätter oder Fräsköpfe immer ein Leiterplattenrest, sitzen beim Trennen per Laser die Nutzen nahtlos aneinander. Überschüssiges Material nach dem Prozess wird somit vermieden und Kosten eingespart. Demnach steigert die spezielle Laserschneidtechnologie die Effizienz aus produktivem und aus ökologischem Gesichtspunkt. Doch nicht nur die Ausnutzung hebt sich von den gängigen mechanischen Verfahren ab, auch der Trennvorgang an sich ist präziser. Die Laserschneidtechnologie zählt zu den innovativsten Verfahren, um Leiterplatten aus einem Gesamtnutzen zu vereinzeln, die derzeit auf dem Markt sind. Ardalan Masoumi Director Sales Electronics bei Photonics Systems Group InnoLas Solutions GmbH www.innolas-solutions.com Wenige Branchen können mit der rasanten Entwicklung der Laserindustrie mithalten. Und noch weniger von ihnen sind so innovativ und revolutionär. Laut Statista lag der weltweite Umsatz mit Lasertechnik 2019 bei 15,1 Milliarden US- Dollar. Einer der Innovationstreiber, der die Branche derzeit bewegt, ist das Nutzentrennen per Laser. Die Laserschneidtechnologie zählt zu den innovativsten Verfahren, um Leiterplatten aus einem Gesamtnutzen zu vereinzeln, die derzeit auf dem Markt sind. Berührungslose Nutzentrennung Im Gegensatz zu den klassischen bzw. mechanischen Verfahren Fräsen oder Sägen werden beim Nutzentrennen per Laser die Nutzen voneinander getrennt, ohne dass eine Berührung von außen stattfindet. Vielmehr geschieht die Trennung durch die schichtweise Ablation des Materials mit dem Laser. Die kontaktlose Bearbeitungstechnik ist für Unternehmen besonders lukrativ, da sie sowohl schonend für das zu bearbeitende Material als auch für den Laser selbst ist. Durch den äußerst geringen Verschleiß werden die Betriebskosten gesenkt, gleichzeitig bleibt die Qualität langfristig gewährleistet. Und selbst sehr sensible Nutzen werden bei dem Verfahren nicht beschädigt, da durch den Laser nur an der vorgesehenen Stelle Wärme erzeugt und das Material nicht mechanisch gestresst wird. Hohe Flexibilität Um den Bedürfnissen des Marktes einerseits und den individuellen Anforderungen auf Kundenseite andererseits gerecht zu werden, sieht sich jedes Unternehmen kontinuierlich mit neuen Herausforderungen konfrontiert. Stellt die Erfüllung individueller Kundenwünsche doch gleichermaßen den Anspruch in den Raum, in Bezug auf Anwendungen und Prozesse flexibel agieren zu können. Das Nutzentrennen per Laser ist ein Verfahren, das eine derartige Flexibilität bereits mit sich bringt: Durch die flexible Linienführung und den gebündelten Laserstrahl können sowohl äußerst feine als auch sehr komplexe Strukturen realisiert werden, und zwar ohne dass die Qualität leidet. Auch das Material ist flexibel: von starren, über flexiblen bis hin zu starr-flexiblen können alle Arten von Leiterplatten bearbeitet werden. Lasern statt Fräsen oder Sägen... ... lautet also die Devise. Durch Full Cut – auch Frameless Routing genannt – lassen sich zudem bis zu 30% mehr Flächennutzung erzielen. Qualität hat Priorität Gerade in der Mikromaterialbearbeitung hat die Gewährleistung von Qualität oberste Priorität. Da bei der Bearbeitung mit dem Laser das Material verdampft wird, kommt es bei dieser Art des Nutzentrennens weder zu einer Staubentwicklung noch zu einer Karbonisierung an den Schnittkanten der einzelnen Nutzen. Nachbearbeitung oder Reinigung nach dem Prozess entfallen. Durch die präzisere Bearbeitung der Leiterplatten wird eine höhere Schnittgenauigkeit bei einem gleichzeitig höheren Produktionsdurchsatz garantiert. Unternehmen müssen also mit keinerlei Qualitätsbeeinträchtigung rechnen, im Gegenteil: Die Qualität wird noch gesteigert. Der Prozess des Nutzentrennens per Laser ist signifikant dafür, wie schnell und wirtschaftlich die Produktion erfolgt. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren schlägt der Laser die Mechanik in den Punkten Fertigungsgeschwindigkeit, Produktionsdurchsatz sowie Präzision und Sauberkeit beim Trennen der Nutzen. Gerade durch die Kombination aus einer erheblichen Steigerung des Produktionsdurchsatzes und einer deutlich höheren Produktqualität wird das Nutzentrennen per Laser den Anforderungen in der Elektronikfertigung und damit den hohen Erwartungen auf Unternehmensseite gerecht. ◄ 3/2020 49
