Fertigung 12.04.2002, 17:33 Uhr

Laser stimulieren die Präzisionsbearbeitung

Hier öffnen sich dem Laser neue Einsatzfelder. Kein Wunder also, dass auf der Hannover Messe 2002 vom 15. bis zum 20. April die Gemeinschaftspräsentation „Laser Technology“ und die Fachmesse MicroTechnology zusammen in Halle 6 stattfinden.

Branchenexperte Axel Bauer vom Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT betont: „Der Laser eignet sich in idealer Weise für die Feinbearbeitung,“ Das Anwendungsspektrum in diesem Bereich sei groß und werde drastisch zunehmen. Mikrobohren, Mikrostrukturieren oder Mikroabtragen sind für ihn „nur einige Verfahren, die in Zukunft von Bedeutung sind“.

Diesen Trend hat auch die Hannover Messe aufgegriffen und siedelte den Gemeinschaftsstand „Laser Technology“ innerhalb der Fachmesse MicroTechnology an. Auf rund 720 m2 werden von zahlreichen Unternehmen Innovationen rund um den Einsatz von Lasern in der Mikrosystemtechnik gezeigt.

„Die Anwendungen des Lasers gehen schon in den Nano-Bereich. Grenzen sind eigentlich nur durch die Wellenlänge des Laserstrahls gesetzt“, ergänzt Michael Botts vom Laser Zentrum Hannover (LZM). Die vom Land Niedersachsen unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung verdeutlicht auf der „Laser Technology“ an Hand unterschiedlichster Mikrobauteile den Stand der Mikrobearbeitung und Mikrosystemtechnik.

Das LZM setzt nicht nur Excimerlaser, sondern auch Femtosekunden-Laser (fs-Laser) für die Mikrobearbeitung ein. Der Vorteil dieser Laser besteht in der äußerst geringen thermischen Belastung der Bauteile, so dass die Auswirkungen auf die Materialeigenschaften vernachlässigbar gering sind. Besonders gut geeignet sind fs-Laser unter anderem für Durchgangsbohrungen in Leiterplatten, da sich die Bohrungen durch eine hohe Qualität auf der Strahlaustrittsseite und glatte Wände auszeichnen. Zudem beträgt die Bearbeitungszeit mit diesem Verfahren nur etwa ein Fünftel der für lithografische Verfahren erforderlichen Zeit.

Ein weiteres, wichtiges Einsatzgebiet von Lasern ist das präzise Fügen von Kunststoffen. Dazu Axel Bauer vom ILT: „In der kunststoffverarbeitenden Industrie hat das Fügen mit Diodenlasern große Resonanz gefunden. Während Diodenlaser noch vorwiegend indirekt zum Pumpen von Festkörperlasern eingesetzt werden, nimmt der direkte Einsatz zum Beispiel zum Fügen von Kunststoffen oder zum Härten zu.“ Die Leister Process Technologies aus Sarnen, Schweiz, hat für diesen Bereich ein Laser-Schweisssystem entwickelt, mit dem hoch empfindliche Teile exakt gefügt werden können – ohne dass sie durch Wärmeeinflüsse beschädigt oder die Nahtstellen durch Wulste ihre Präzision verlieren. Das System kombiniert die Vorteile des Durchstrahlschweißens mit dem Prinzip des Maskenschweißens. Hierbei trifft die Strahlung nur dort auf die Fügefläche, wo verschweißt werden soll. Die anderen Bereiche werden durch die Maske abgeschattet. Dank feinster Strukturen in der Maske können sehr kleine Mikro-Kunststoffteile mittels Schweißnähten, die lediglich 100 mm breit sind, zusammengefügt werden.

Mit der Laserbearbeitung von Nichtmetallen beschäftigt sich auch die Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH in Jena, die auf dem Gemeinschaftsstand „Laser Technology“ neben dem neu entwickelten, modular aufgebauten Laserschweißsystem „Votan W“ auch eine Möglichkeit zur Microperforation von Textilien präsentiert. Mit deutlich verringerter Laserleistung und spezieller Ansteuermethodik können hiermit Textilien für den Innenverkleidungsbereich von PKW mit integrierten Sollbruchstellen versehen werden. Diese Sollbruchstellen zeichnen sich durch eine definierte Aufreißkraft und minimale bis keine optische Beeinträchtigung der sichtbaren Seite aus. Anwendungen hierfür sind zum Beispiel die Airbag-Abdeckungen in Türen.

Doch auch in Sachen Bearbeitungsgeschwindigkeit bleibt die Entwicklung nicht stehen, wie die Hannover Messe 2002 belegen wird. So präsentiert das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS ein Strahlablenksystem für die schnelle und präzise Bewegung des Laserstrahls auf einer stark gekrümmten Kontur. Hierbei übernehmen die Achsen der Laserbearbeitungsmaschine nur noch die Grundpositionierung der Bearbeitungsoptik. Die genaue Positionierung des Laserstrahls auf dem Werkstück realisiert das Strahlablenksystem mit seinen Ablenkspiegeln. Derartige Spiegel können auf Grund ihres geringen Gewichtes sehr schnell bewegt werden. Damit seien Geschwindigkeiten von mehr als 10 m/min für den Vorschub des Laserstrahls auf der Bearbeitungskontur mit hoher Bahngenauigkeit realisierbar.

Einen ganz anderen Einsatzbereich hat sich die Clean-Lasersysteme GmbH aus Herzogenrath erschlossen – mit ihren Lasersystemen können Bauteile entlackt, Oberflächen vorbehandelt oder Prozessrückstände entfernt werden. Durch die Reinigung mit Licht werden lediglich die Deckschichten vom Bauteil entfernt, weitere Strahlmittel oder Reinigungsmedien werden nicht in die Produktion eingebracht. Auf der Hannover Messe zeigt das Unternehmen den neuen CL 500Q, der eine Alternative zu Partikel- und Wasserstrahlgeräten bietet. Mit dem Hochleistungslaser lassen sich, je nach Schichtdicke und Zusammensetzung der Deckschicht, bis zu 20 m² Oberfläche pro Stunde reinigen.

„Die Schlüsselbranche Lasertechnik durchdringt nahezu alle Industriezweige mit einem beispiellosen Anwendungsspektrum“, resümiert Gerhard Hein, Geschäftsführer der Arbeitsgemeinschaft Laser für die Materialbearbeitung im VDMA, Frankfurt/M. So sei der von den Mitgliedsfirmen erreichte Produktionswert zwischen 1995 und 2001 bei Laser-Strahlquellen um fast 170 % auf 302,5 Mio. angestiegen. Im Bereich kompletter Laser-Bearbeitungssysteme war es sogar ein Steilanstieg um mehr als 210 % auf 493 Mio.

Dr. Reinhard Wollermann-Windgasse, Vorsitzender der Arbeitsgemeinschaft und Geschäftsführer bei Trumpf Lasertechnik in Ditzingen, ergänzt: “ Die Vorteile der Lasermaterialbearbeitung, wie etwa die Einsparungen an Material, Gewicht und Kosten, erweisen sich gerade in Krisenzeiten als wichtige Faktoren zur Verbesserung der Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit.“ OLAF MEIER/KIP

Von Olaf Meier/Dietmar Kippels
Von Olaf Meier/Dietmar Kippels

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