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1-2020

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Lasertechnik

Lasertechnik Intelligente Laser-Bearbeitung: Ultrakurzpuls-Laser als Schlüsseltechnologie für den fertigenden Mittelstand Die automatische Auswahl von Piko- oder Femtosekunden-Laser nach entsprechender Applikation und Bauteilmaterial ermöglicht eine neue Lösung von GFH und neoLASE. Durch das flexible Verstärkerdesign des GAP-Moduls von neoLASE können auf den GL-Anlagen von GFH unterschiedliche Pulsdauern und Leistungsklassen abgerufen werden, ohne zusätzlich CPA- oder regenerative Verstärker integrieren zu müssen (Quelle: GFH/neoLASE) GFH GmbH info@gfh-gmbh.de www.gfh-gmbh.de SMAART-Factsheet Projektdauer: 2 Jahre Fördervolumen: 70% EU Horizon 2020 Aufbau: modulare Architektur mit u.a. mehreren Laser-Quellen, Strahlformungselementen, Optiken, Handling-Instrumenten Pulsdauer: zwischen 500 fs und 500 ps Pulsenergie: bis zu 400 µJ mittlere Leistung: bis zu 80 W Wiederholrate: von Einzelschuss bis zu mehreren MHz Strahlqualität: TEM mit M2

Lasertechnik Laserdrehteil aus Hartmetall mit Bohrungen. Quelle: GFH GmbH/ neoLASE GmbH den. Auch die Voraussetzung für umfangreiches Knowhow in Bezug auf die Steuerung und die Lasertechnik, um optimale Ergebnisse liefern zu können, machte die Technologie für Klein- und mittelständische Unternehmen bislang nicht nur unrentabel, sondern stellte auch den Grund für gehemmte Investitionsbereitschaft dar. Mit dem Ziel, gemeinsam eine Bearbeitungsanlage zu entwickeln, erfolgte der Zusammenschluss der beiden Laserspezialisten GFH GmbH und neoLASE GmbH. Mit SMAART wurde ein System entwickelt, welches in die neuen Anlagetypen der GFH GmbH integrierbar ist und je nach vorhandenem Bearbeitungsmaterial und Bearbeitungsprozess über die Eingabe maske die passende Laserauswahl – Piko- oder Femtosekunden-Laser – anbietet und die richtigen Prozessparameter generiert. Auf diese Weise kann effizienter und mit größerer Bandbreite produziert werden – und das ohne umfangreiche Spezialkenntnisse auf dem Gebiet der Laserbearbeitung. „So lässt sich eine schnelle Amortisierung erreichen und die Etablierung der Laserbearbeitung als Schlüsseltechnologie für den gesamten Sektor der Materialbearbeitung ist realistisch“, erklärt Maik Frede, Geschäftsführer der neoLASE GmbH. Die Finanzierung des ehrgeizigen Projekts erfolgt unter anderem durch Mittel aus dem Rahmenprogramm European Union Horizon 2020. GFH und neoLASE konnten sich dabei mit ihrem SMAART- Projekt gegen 1658 Mitbewerber durchsetzen. Ein flexibles Verstärker-Design ermöglicht variable Pulsdauer und Leistungsklassen. Zu Beginn „Durch die Abwanderung ins nicht-europäische Ausland geht dem EU-Raum ein signifikanter Betrag an potentiellem Umsatz und Added Value verloren“, erklärt Anton Pauli, Geschäftsführer der GFH GmbH. Quelle: GFH GmbH war es nur eine vage Idee, geboren auf einem Laser-Netzwerktreffen. „Ein gemeinsamer Erfahrungsaustausch im Anschluss der Veranstaltung hat gezeigt, dass die Lasertechnologie prädestiniert für ein solches Vorhaben ist“, erklärt Pauli. „Durch die kontaktlose und flexible Bearbeitung mit Lasern ohne nennenswerte Wärmeleitung hat die Technologie das Potential, auch energieaufwendige Prozesse zu ersetzen.“ Für beide Unternehmen galt es zunächst, die Herausforderungen, die Marktsituation, den technischen Status Quo sowie die notwendigen Entwicklungsschritte genau zu definieren. „Damit die Umsetzung eines solchen Projekts überhaupt möglich wird, mussten wir die Lasertechnologie kundennäher gestalten und ihre Komplexität minimieren“, erläutert Frede. Damit die hohe Flexibilität – also das Wechseln zwischen verschiedenen Arbeitsschritten und Laserparametern ohne Umrüsten – garantiert werden kann, ist es notwendig, dass eine universelle Laserquelle für die Bearbeitung bereitsteht, deren Pulsdauer und Intensität zügig automatisch angepasst werden kann. Maschinen mit integriertem SMAART-Tool verfügen über eine Art eigene Intelligenz, welche die jeweiligen Parameter und Komponenten für die einzelnen Bearbeitungsschritte automatisch erkennt, ohne dass diese durch einen Bediener im Voraus berechnet und manuell in die Steuerung eingegeben werden müssen. „Diese Schaltzentrale liefert uns neoLASE mit ihrem GAP- Modul“, berichtet Pauli. „Durch das flexible Verstärkerdesign können auf unseren GL-Anlagen unterschiedliche Pulsdauern und Leistungsklassen abgerufen werden, ohne zusätzlich CPA- oder regenerative Verstärker integrieren zu müssen.“ Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau der Anlagen, die dennoch Pulsenergien bis zu 400 µJ und mittlere Leistungen von 80 W generieren können. Gleichzeitig werden zusätzliche Kosten durch aufwendigere Laser oder Komponenten vermieden. „Die Bearbeitungsanlagen von GFH sind generell auf Modularität und Flexibilität ausgelegt, weshalb sie perfekt für unsere Verstärkermodule geeignet sind“, bestätigt Frede. Da durch Kombination beider Technologien der Pulsbereich zwischen 500 ps und 500 fs abgedeckt und ein schneller Wechsel garantiert ist, kann die Anlage signifikante Geschwindigkeitsvorteile und Qualitätssteigerungen erzielen. Durch „Unser Ziel ist die Etablierung modularer Lasertechnik als Schlüsseltechnologie für den gesamten Sektor der Materialbearbeitung“, erklärt Maik Frede, Geschäftsführer der neoLASE GmbH Quelle: neoLASE GmbH die gleichzeitige Nutzung von Pikound Femtosekundenpulsen ist sogar darüber hinaus eine weitere Optimierung der Abtragsgeschwindigkeit vorstellbar. Berührungslose Bearbeitung mittels Laser-Eintrag ersetzt in dieser Lösung energieintensive Prozesse: Weil die Pulse so kurz sind, dass keine nennenswerte Wärmeleitung stattfindet, werden Materialaufschmelzung, Gefügeveränderungen, Phasenumwandlungen und thermische Spannungen im Werkstück vermieden. „So eröffnet sich ein großes Anwendungsfeld für die Herstellung von Mikrokomponenten nicht nur im klassischen Maschinenbau, sondern auch für diverse Industrien wie die Medizintechnik oder die Textil- und Uhrenindustrie“, erklärt Pauli. „Im Idealfall lassen sich energieintensive oder ökologisch bedenkliche Prozesse ersetzen.“ Dies ist besonders wichtig, soll gleichbleibend hohe Qualität in großer Stückzahl erreicht werden, ohne die Produktionskosten zu erhöhen. Damit die gewünschte Flexibilität auch tatsächlich von Beginn an gewährleistet ist, verfügen SMAART-fähige Anlagen neben der optimierten Hardware auch über eine integrierte Datenbank, auf der die verschiedenen Prozessparameter wie Pulsdauer, Verfahrweg der Optik oder Werkstückmaße und Materialart hinterlegt sind. So ist es möglich über die Eingabemaske, aus über 100 Bearbeitungsverfahren zum Laser-Bohren, Laser-Schneiden, Strukturieren und Abtragen mit dem Laser von Metall, Keramik, Glas und Polymeren auszuwählen. „Somit kann der Bediener einfach per Knopfdruck den gewünschten Arbeitsschritt initiieren. Die Ausrichtung der Maschine erfolgt dann automatisch in derselben Aufspannung“, erklärt Frede. „Sollten neue, noch nicht vorhandene Anwendungen oder Parameter hinzukommen, werden Maschine und GAP entsprechend angepasst.“ Auf diese Weise kann SMAART kontinuierlich weiterentwickelt werden und „dazulernen“. Anwenderfreundlichkeit und Qualitätskontrolle stehen im Zentrum. Damit auch die Werkstückqualität selbst bei schwierig zu bearbeitenden Materialien wie Diamant gleichbleibend hoch ist, verfügen SMAART-fähige Anlagen mit einer Online-Qualitätskontrolle über ein Tool, das die Prozessparameter während der Bearbeitung validiert. Dadurch sind auch während des laufenden Arbeitsschritts Qualitätsproben möglich. ◄ 1/2020 37

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