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2-2016

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  • Medizinelektronik
  • Medizintechnik
Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Produktion Neue Technik

Produktion Neue Technik beim Drehen per Laser Eine neue Technik formt kleinste Werkstücke im µm-Bereich hochpräzise und aus unterschiedlichen Werkstoffen. Das Drehen, Schneiden, Bohren und Strukturieren auf einer Maschine minimiert dabei den Einspannaufwand. Basis dieser neuen Technik von GFH ist ein Ultrakurzpulslaser (UKP) Maschinelle Basis für das Laserdrehen sind die bewährten GL.evo- oder GL.compact-Bearbeitungszentren, die über eine sehr dynamische Kinematik mit einer hohen Positioniergenauigkeit von ± 1 µm verfügen und mit fünf Achsen die nötige Beweglichkeit zum Längs-, Quer- und Formdrehen bieten Solche Laser bewähren sich aufgrund ihres berührungslosen, „kalten“ und verschleißfreien Abtrags in zahlreichen Bereichen als Schneidoder Bohrwerkzeug. GFH hat dieses Einsatzspektrum um eine zusätzliche Technik erweitert: das Laserdrehen. So funktioniert´s Mittels einer speziellen Trepanier-Optik wird dazu ein gleichmäßiger, bis zu 25 µm schmaler Laserspot erzeugt, der an das rotierende Werkstück geführt wird und es in die gewünschte Form bringt. Da hierbei weder eine mechanische Kraft noch relevante thermische Einflüsse auf das Material wirken, lassen sich auf diese Weise selbst kleinste Strukturen präzise und mit einer Oberflächenrauigkeit von Ra

Produktion ungleichmäßigen Verteilung der Laserpulse führen würden. „Der Energieeintrag wäre so an einigen Stellen höher als an anderen, was die Qualität beeinträchtigt hätte. Um das zu verhindern, greifen wir auf eine spezielle Laser-Ansteuerung zurück, die eine Pulse-on-Demand- Regulierung erlaubt“, so Lendner. Die Pulse werden dabei nicht in festen Zeitabständen, sondern in Relation zur abzufahrenden Bahn gesetzt, sodass erhöhte Energiekonzentrationen vermieden werden – eine Methode, die bereits zum Schneiden enger Kurvenkonturen erfolgreich eingesetzt wird. Bewährte Basisanlagen mit hoher Präzision und Dynamik Maschinenbasis der innovativen Technik sind die bereits vielfach im praktischen Einsatz erprobten GL.evo- und GL.compact- Bearbeitungszentren von GFH, die sich insbesondere durch ihre sehr genaue und dennoch hochdynamische Kinematik auszeichnen. Ein Granitbett und spezielle Achslagerungen sorgen hier für die notwendige Stabilität und Schwingungsdämpfung, um trotz Beschleunigungen von bis zu 20 m/s² auf eine maximale Geschwindigkeit von 2 m/s den Laser präzise auf ±1 µm genau mit einer Wiederholgenauigkeit von ±0,5 µm am Werkstück zu positionieren, wie der Laserexperte ausführt: „Dadurch dass wir das Verfahren einfach auf die bewährten Geräte aufsetzen können, waren anlagentechnisch keine Entwicklungen nötig und die Idee des Laserdrehens ließ sich ohne große ‚Kinderkrankheiten’ umsetzen.“ Die fünf Achsen – einschließlich zweier Drehachsen in der Werkstückeinspannung – bieten eine umfassende Beweglichkeit und ermöglichen sowohl Längs-Rund-, Quer-Stechund Quer-Plan-Drehen als auch Kugel- und Formdrehen. Der Rohling wird dazu einfach eingesetzt und mit bis zu 500 U/min in Drehung versetzt, bevor der Laserspot an ihn herangeführt wird und die programmierten Konturen abträgt. „Die gewünschte Form kann wie gewohnt designed oder auch direkt auf der Maschine programmiert werden“, so Lendner. Die mögliche Präzision beträgt 1 µm im Durchmesser bei Rauigkeiten unter 0,1 µm. Zudem sind durch den geringen Werkzeugdurchmesser auch sehr filigrane Einstiche realisierbar. Das Laserdrehen eignet sich dadurch insbesondere für sehr diffizile Geometrien und kleinteilige Strukturen, wie sie etwa in der Medizintechnik, der Elektronindustrie, im Werkzeugbau oder in der Feinmechanik benötigt werden. meditronic-journal 2/2016 All-in-One-Bearbeitungszentren vereinen alle Arbeitschritte Da der Lichtstrahl berührungslos arbeitet, tritt bei dieser Form des Drehens kein Werkzeugverschleiß auf, weshalb die Wartungsund Ersatzteilkosten vergleichsweise gering ausfallen. Zudem bleibt die Schneidengeometrie dauerhaft scharf und ändert nicht durch Abnutzung die Form, wodurch schwankende Schnittqualitäten oder fehlerhafte Produkte vermieden werden. Dazu trägt auch bei, dass beim Abtrag per Laser keine Späne entstehen, die Werkstück oder Werkzeug beschädigen könnten. Ebenso bilden sich keine Grate, so dass nicht nachbearbeitet werden muss und eine einfache Reinigung der Werkstücke ausreichend ist. Darüber hinaus hat die Verwendung der bewährten Lasermikrobearbeitungs-Zentren einen weiteren entscheidenden Vorteil: Die Laser können neben dem Drehen auch ebenso zum Schneiden, Abtragen, Bohren und Strukturieren genutzt werden. Durch die diversen Bewegungsachsen lässt sich das Werkstück nach dem Drehen zum Beispiel zum Einbringen von Bohrungen direkt neu positionieren, ohne dass es ausgespannt und neu eingespannt werden müsste. Die Parameter des UKP-Lasers, etwa der Strahl- bzw. Werkzeugdurchmesser, sind nicht auf feste Abstufungen in den verfügbaren Werkzeuggrößen beschränkt, sondern passen sich entsprechend der Programmierung in µm-Schritten stufenlos an, so dass sofort die folgenden Bearbeitungsschritte durchgeführt werden können. Ein zeitaufwendiger Werkzeugwechsel ist dadurch überflüssig. Tatsächlich erlaubt es die hohe Flexibilität der Lasertechnik sogar, die Konfiguration auch kurzfristig zu ändern, was das Verfahren auch für Kleinserienfertigung oder Prototyping interessant macht. So wurden bereits Edelstahlpinzetten mit 0,35 mm Kugeldurchmesser gedreht, längs geschnitten und mit einer 0,08-mm-Bohrung versehen. Angepasste GL.evo- und GL.compact- Anlagen zum Laserdrehen sind ab sofort bei GFH verfügbar. Bestehende Systeme können je nach Aufbau teilweise nachgerüstet werden. Daneben bietet das Lasermikrobearbeitungs-Unternehmen auch die Lohnfertigung auf eigenen Maschinen an. GFH GmbH info@gfh-gmbh.de www.gfh-gmbh.com Abtragwerkzeug ist ein bis zu 25 µm schmaler Laserspot, der am rotierenden Werkstück entlang geführt wird. Eine Trepanier-Optik sorgt für ein perfekt rundes Werkzeug, während die Puls-on- Demand-Steuerung die gleichmäßige Puls-Verteilung trotz wechselnder Bahngeschwindigkeiten gewährleistet Weiterer Vorteil der Anlagen ist, dass auf ihnen ebenso geschnitten, gebohrt und strukturiert werden kann. Ein aufwändiges Aus- und Einspannen des Werkstücks mit den damit verbundenen Kosten und Risiken erübrigt sich dadurch Durch die Flexibilität des Laser-Werkzeugs lassen sich auch Änderungen, etwa andere Bohrungsgrößen, ohne Werkzeugwechsel sofort umsetzen. Das Aspekt-Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu -länge kann dabei bis zu 1:10 betragen 29

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