Neue Produktionstechniken in der Industrie CO2-Laser für die effiziente Bearbeitung von Nicht-Metallen

Einfache Handhabung, automatisierte Arbeitsabläufe und qualitativ hochwertige Ergebnisse, das ist zusammengefasst die Zielsetzung des Einsatzes von Lasertechnik heute. Hohe Flexibilität aufgrund zunehmender Produktvarianten, Individualisierungen und verkürzte Reaktionszeiten steigern den Anspruch, nicht nur in der Logistik, sondern setzen auch Maßstäbe für neue, innovative Fertigungsprozesse

Lasertechnik erobert stetig weitere Branchen und Anwendungsbereiche

Es ist kein Zufall, aber auf Lasertechnikkann kaum einer mehr verzichten. Zum Teil dient sie der Gebäudeüberwachung, der Mess- und Regeltechnik, der Medizin oder leistet einen bemerkenswerten Beitrag in der Erforschung neuer Materialien oder Fertigung von modernen Produkten. Mit dem Werkzeug „Laser“ eröffnen sich heute, neben der klassischen Metallbearbeitung, völlig neue Möglichkeiten in der Verarbeitung organischer und anorganischer, nichtmetallischer Werkstoffe. Das Spektrum für den Einsatz ist groß und gewinnt weiterhin an Bedeutung. Dazu zählen bspw. auch Textilien, Kunststoffe, Hölzer, Verbundwerkstoffe, Schäume aber auch Gestein, Glas oder Papier. Der CO2-Laser, 1964 in den Bell Laboratories New Jersy entwickelt, basiert auf einem seit über 30 Jahren in der Industrie erfolgreich eingesetzten und stets verfeinerten Gas-Laser-Konzept. Diese Laserstrahlquelle wird über fast zwei Jahrzehnte zum Erfolgsstar der eurolaser Welt. Das Lüneburger Unternehmen eurolaser GmbH hat sich seither auf die Entwicklung und Konstruktion von universell einsetzbarer Systemtechnik mit integrierten CO2-Laserstrahlquellen spezialisiert und entdeckt täglich neue, innovative Einsatzbereiche.

Laserstrahlen als Bearbeitungswerkzeug

Das Prinzip ist einfach: der CO2-Laser emittiert einen im Infrarotbereich befindlichen, energiereichen Lichtstrahl. Dieser wird mittels Spiegeltechnik bis oberhalb des zu konfektionierenden Materials geleitet und über eine optische Fokuslinse gebündelt. Mit einer Leistung von 60 bis 600 Watt trifft der fokussierte Energiestrahl auf einen im 10 µm²-Bereich kleinen Fokuspunkt auf die absorbierende Materialoberfläche. Aufgrund der enormen Energie-Konzentration sublimieren die meisten Stoffe in Bruchteilen einer Sekunde.

Ein zugeführtes Prozessgas, in der Regel ist dies einfache Druckluft von ca. 2–3 bar, beschleunigt den Schneidprozess und gewährleistet saubere Schnittkanten. Die Schneidemissionen, in Form von Rauch, werden zu 100% evakuiert, gefiltert und nach außen abgeführt. Es bleiben keine Fransen, Späne, Flocken oder Fäden auf dem konfektionierten Teil zurück. Das „gelaserte“ Produkt kann in der Regel ohne jegliche Nachbearbeitung weiter verarbeitet werden. Darüber hinaus ist das Werkzeug „Laserstrahl“ absolut verschleißfrei, was sich in den niedrigen Stillstandzeiten der Systemtechnik niederschlägt und so eine kosteneffektive Produktion ermöglicht. Das Material selbst unterliegt keinerlei Krafteinwirkung, da es zur Bearbeitung nicht eingespannt oder anderweitig fixiert werden muss. Der Schnitt bzw. die Gravur mittels Laserstrahlung erfolgen ebenfalls kraftfrei und berührungslos.

Acrylglas glatt geschnitten

Diese genannten Eigenschaften machen den Laser seit Jahren zum idealen Werkzeug für die Bearbeitung von klarem, bedrucktem oder eingefärbten Acrylglas (PMMA) bis zu einer Stärke von über 25 mm. Das empfindliche Material lässt sich hervorragend mit CO2-Lasern schneiden und gravieren. Die herkömmliche Acryl-Bearbeitung erfordert diverse Bearbeitungsschritte, um an der Schnittkante wieder eine klare, transparente Oberfläche zu erhalten. Konventionelle Bearbeitungsverfahren wie Sägen oder Fräsen verursachen beispielsweise Abfall in Form von Acryl-Spänen, verursachen zusätzlichen Aufwand beim Polieren oder Flammen und es gibt deutliche Einschränkungen bei filigranen Innenkonturen.

Beim Laserschnitt hingegen „schmilzt“ das Acryl. Nach der Wiedererstarrung der Schnittkante ergeben sich die gewünschten klaren und glatten Konturen, die keiner weiteren Nachbearbeitung bedürfen. Es gibt somit im Ganzen nur einen Bearbeintungsschritt. Die Wärmeeinflusszone ist dabei so minimal, dass das Materialgefüge erhalten bleibt.

 Filigranes in Holz und Furnier

Auch bei filigranen Arbeiten in Holz-Werkstoffen wie z.B. Sperrholz, Vollholz, Balsaholz, MDF bis zu einer Stärke von etwa 20mm, wird zunehmend die Lasertechnik verwendet. Überall da, wo es auf besondere Details ankommt, scheitern konventionelle Bearbeitungsarten. Befürchtungen Befürchtungen, das Material würde unter dem Laserstrahl verbrennen sind allerdings völlig unbegründet. Der fokussierte Laserstrahl wirkt lokal begrenzt, die Wärmeeinflußzone ist somit minimal. Eine Effektive Absaugung, sowohl oberhalb als auch unterhalb des Schneidguts, evakuiert entstehende Gase und Rauche zuverlässig und sorgt für ein gutes Arbeitsklima an der Produktionsstätte. Stäube oder Späne, die sich entzünden könnten, fallen nicht an. Dadurch ist auch das Maschinenumfeld eher ungewohnt sauber. Zeitaufwändiges Reinigen wie normalerweise in der konventionellen Holzbearbeitung üblich, entfällt. Besonders im Möbelbau, bei der Herstellung von Intarsien und im Modellbau werden Laserschneid- und Graviersysteme eingesetzt. Radienfreie Innen- und filigrane Außenkonturen sind ebenso Standard wie Bild- und Reliefgravuren auf den sichtbaren Oberflächen. Im Modellbau – beispielsweise in der Architektur – lassen sich mit einem Lasersystemen Zeit und Kosten einsparen. Auf dem PC, mittels gängigen CAD-Programmen erstellte Modelle, können dabei direkt an das Laserschneidsystem gesendet werden.

Eine externe Aufbereitung der Daten ist nicht notwendig. So kann der Designer oder der Architekt sofort sehen, wie das Entworfene wirkt. Workflow-Manager sorgen darüber hinaus für eine weitgehende Automatisierung der Produktion.

Fallbeispiel: Zuschnitt von folienbasierten Bedienelementen

Nach wie vor ist der Stanzprozess die schnellste Art, Funktions- Dekorier- und Frontfolien in Massen zu konturieren. Diese Bauteile finden sich in Anwendungen wie Mobiltelefonen, Displays, Automobil- Interieur u.v.m. wieder. Je nach Produktwertigkeit werden Stanzwerkzeuge für mittlere und große Serien sehr rentabel eingesetzt. Doch wie produktiv ist das Stanzen bei Einzelanfertigungen und Kleinserien oder wenn filigrane Konturen mit hoher Präzision erforderlich werden?

Hier gewinnt die Laserfertigung in jeder Hinsicht. Ähnlich verhält es sich, wenn sofortige Lieferfähigkeit verlangt wird und es auf individuell wechselnde Produktmerkmale ankommt. Blickt man alternativ auf die Wasserstrahl Schneidtechnik, stößt diese in Punkto Präzision unter 5/10 mm schnell an ihre Grenzen. Außerdem kommt es durch Verunreinigungen und Feuchtigkeit zu einem sehr begrenzten Einsatzbereich des Wasserstrahls.

Neue Produktionstechnik

Neue Produktionstechnik

Vektorgeführte Tangentialmesser sind im Vergleich eher einem schnellen Verschleiß unterlegen womit die Kontinuität in der Qualität auf der Strecke bleibt.

Folgekosten für Werkzeugwechsel und damit verbundene Stillstandzeiten der Maschinen sind unvermeidlich.

Die berührungslose Bearbeitung mit dem Laserstrahl erfolgt praktisch völlig kontaktfrei. Allein durch diese Eigenschaftergeben sich zahlreiche Vorteile. Folienreste können nicht am Werkzeug haften bleiben, das Material muss nicht fixiert werden und auch Quetschungen und Aufschieferungen bei mehrlagigen Folien bleiben aus. Der thermische Prozess in konstant hoher Bearbeitungsqualität kann bewusst zum Verschmelzen der Schnittkante eingesetzt werden, was wiederum zu einer Art Versiegelung gegen von außen eindringende Feuchtigkeit führt.

Prozessautomatisierung in der Produktion

Der Automatisierungsgrad hat in den vergangenen Jahren besonders stark zugenommen. Gerade bedruckte Frontoder Funktionsfolien aus PET, PE oder PC können mittels eines interaktiven, optischen Erkennungssystems genauestens erkannt und automatisch konturiert werden. Um die Produktion der hochwertigen Tastaturen noch weiter zu optimieren, werden Lasersysteme oft direkt mittels programmierbarer Handlingsysteme mit den Folien bestückt. Per Kameraerkennung wird die Lage des Folienbogens erkannt und exakt zugeschnitten. Im Anschluss werden die Tastaturen über das automatische  Handlingsystem abgesammelt und vom Restbogen getrennt. Durch diesen vollautomatischen Prozess kann rund um die Uhr produziert und das volle Potenzial der Lasersysteme genutzt werden. Der Mensch nimmt lediglich eine Überwachungsposition ein.

Ähnliche Möglichkeiten bietet eurolaser bei der Laserbearbeitung von Textilien. Die Materialförderung, -erkennung, -positionierung und Materialtrennung erfolgen hier weitestgehend vollautomatisch über eine ausgeklügelte Systemtechnik.Das Materialhandling ist dabei so breit aufgestellt, das leichte bis schwere Materialien gleichsam präzise an den Laser heran gefördert werden können. Für Kunstfasern bspw. gibt es oft noch einen besonderen Nebeneffekt, denn der Laserschnitt bildet durch seine heiße Energiebündelung an der Schnittkante auf Wunsch einen Schmelzsaum, der mehr oder weniger ausgeprägt sein kann. Dies bietet hinsichtlich der Weiterverarbeitung einige sehr praktische Eigenschaften, wie z.B. definierte Schnitt- oder Abnähkanten; diese fransen nicht aus und sind fusselfrei. Auch bei textilen Anwendungen ist die Nutzung einer optischen- Kamera zur Erfassung von Positionsmarken auf bedruckten oder bestickten Materialien möglich. Die Einsatzvielfalt scheint dem Unternehmen in Lüneburg schier unerschöpflich. So werden von Babywindeln, Segel, Sitzbezüge, Funktionskleidung, Isolierstoffe über Filtereinsätze bis hin zu Cabriolet-Dächer flexible, textile Materialien mit beeindruckender Leichtigkeit und höchster Maßhaltigkeit erstellt.

„Der Trend der letzten 5 Jahre zeigt deutlich, dass sich das Laserschneiden branchenübergreifend bereits etabliert hat und für viele Bereiche der Herstellung sehr effizient gestalten lässt“, so Holger Hasse, Geschäftsführer der eurolaser GmbH. Im ständigen Austausch mit Anwendern und denen, die es noch werden wollen, ist eurolaser in der Lage unzählige Material- und Anwendungstests nachzuweisen, um die Laserschneid- und Graviersysteme immer weiter zu perfektionieren. Ein Wachstumspotential um die Produktion in Zukunft auch in Europa weiter auszubauen.

www.eurolaser.com

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