Laser im Visier

In rund 50 Jahren Laser-Technologie haben Lasersysteme zur Materialbearbeitung oftmals ihre Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Verfahren und ihre Wirtschaftlichkeit unter Beweis gestellt. Auf der Lasys 2016, der internationalen Fachmesse für Laser-Materialbearbeitung, werden die Fachbesucher vom 31. Mai bis 02. Juni 2016 in Stuttgart die Gelegenheit haben, sich unterstützenden Rat bei Experten einzuholen und zahlreiche Bearbeitungsprozesse live zu sehen.

19. November 2015

Als anwendernahe Präsentations- und Informationsplattform für Laser-Fertigungssysteme und laserspezifische Komponenten spricht die Lasys nahezu alle Fertigungsbranchen an, und demonstriert anschaulich die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten und Vorzüge des universellen Werkzeugs.

Fertigungsprozess im Fokus

„Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Laseranlagen sollte der gesamte Fertigungsprozess im Fokus liegen“, betont Gerhard Hein, Geschäftsführer der Arbeitsgemeinschaft Laser und Lasersysteme für die Materialbearbeitung im VDMA. So sind die Aspekte, die für Lasertechnik sprechen, sehr vielschichtig. „Zum Beispiel lässt sich aufgrund der Laserbearbeitung der Materialeinsatz optimieren. Des Weiteren erspart die hohe Bearbeitungsqualität oft das Nacharbeiten von Bauteilen. Hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten sowie Flexibilität steigern zudem die Produktivität. Letztlich führt alles zusammen zu wettbewerbsfähigen Prozesswirkungsgraden und günstigen Gesamtkosten pro Bauteil“, erläutert Hein weiter.

Multifunktionale Laseranlagen

Wie und wodurch sich Laseranlagen in der Fertigungspraxis bewähren, zeigen verschiedene Aussteller der Lasys 2016. Der Maschinenbauer Sitec legt einen Schwerpunkt darauf, Laseranlagen mit hohen Standardisierungs- und Automatisierungsgrad zu entwickeln. „Die Wirtschaftlichkeit unserer Laseranlagen“, argumentiert Jens Hahn, Produktmanager Laser-Standardanlagen bei Sitec, „ergibt sich immer aus dem Gesamtkonzept, das aus dem technologischen Prozess, der Laserstrahlquelle, der Optik, der Anlagen- und Spanntechnik, dem Steuerungskonzept bis hin zur Qualitätssicherung besteht.“ Zudem ist der Trend hin zu multifunktionalen Laseranlagen mit kurzen, flexiblen Umrüstzeiten zu beobachten. Arbeitsprozesse wie Laserschneiden, -schweißen und -härten lassen sich so innerhalb einer einzigen Sitec-Laser-Materialbearbeitungsmaschine durchführen.

Laserhärten schnell und fast ohne Verzug

Bauteile, die einer hohen Verschleißbeanspruchung unterliegen, wie etwa Nockenwellen, Schneidwerkzeuge und Turbinenschaufeln, werden (teil-)gehärtet. Dabei bietet Laserhärten im Vergleich zu herkömmlichen Härteverfahren viele Vorteile: Im Innern behält das Werkstück seine hohe Materialzähigkeit, die Oberfläche wird dagegen verschleißfest und hart. Das liegt an dem gezielten lokalen Wärmeeintrag, der mittels Laserstrahl möglich ist. „Der Verzug ist dadurch minimal und der Gesamtprozess geht schneller als etwa mit dem Induktionshärteverfahren“, vergleicht Hahn. Enorme Kosteneinsparungen ergäben sich dem Sitec-Experten zufolge außerdem durch wegfallende Arbeitsschritte in der Vor- und der Nachbearbeitung – Abschreckmedium, Waschprozess und großflächiges Nacharbeiten entfielen.

Getrieberäder wirtschaftlicher schweißen

Auch die Experten des Ausstellers Rofin sehen die wirtschaftlichen Vorteile von Lasersystemen in einer Kombination aus hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten, geringem Rüstaufwand, hoher Automatisierbarkeit und vernachlässigbarer Nacharbeit. Dr. Wolfram Rath, Produktmanager Laserstrahlquellen bei Rofin, führt das Beispiel „Schweißen von Getrieberädern“ an: „Früher wurde dies mittels Elektronenstrahlschweißen realisiert, das der CO2-Laser abgelöst hat.

Heute wird Laserschweißen häufig mittels Faserlaser durchgeführt. Die höhere Wirtschaftlichkeit des Lasers hat einen einfachen Grund: Das Schweißen bei Atmosphärendruck ermöglicht den Verzicht auf das für den Elektronenstrahl erforderliche Vakuum. Es entfallen Evakuierzeiten und Aufwendungen für das Reinigen der Prozesskammern. Der Wechsel vom CO2- zum Faserlaser bedeutet zudem einen geringeren Energieverbrauch durch die höhere Effizienz des Lasers, weniger Gaskosten und eine kostengünstigere Integration in den Fertigungsablauf, weil die Laserenergie mittels Lichtleitfaser an die Bearbeitungszelle geführt werden kann.“

Kosten senken durch neues Design

VDMA-Vertreter Hein führt noch ein weiteres Argument auf, das die Wirtschaftlichkeit von Laseranlagen bestätigt: „Aufgrund der hohen Flexibilität von Lasersystemen werden viele neue Produktdesigns erst machbar, was sich ebenfalls positiv auf die Bauteilkosten auswirkt.“ Ein aktuelles Beispiel für solch ein neues Produktdesign zeigt Trumpf mit dem Streetscooter-Modell „Work“ von der Deutschen Post. Gemeinsam mit der RWTH Aachen konstruierte der Maschinenbauer den Unterboden des Fahrzeugs lasergerecht. Marc Kirchhoff, Branchenmanager Automotive bei Trumpf, erklärt: „Wir haben ein komplett flanschloses Design, arbeiten lediglich mit Steckverbindungen und schweißen direkt im Keil. Damit reduzieren wir das Gewicht des Unterbodens und können die laufenden Kosten im Vergleich zu konventionellen Designs senken.“ Diese effiziente Unterbodenkonstruktion lasse sich aber nur mit Laserschweißen realisieren – mit Lichtbogenschweißen wäre das erst gar nicht möglich.

Vielversprechende Zukunftsperspektiven

„Wenn wir lasergerecht denken und konstruieren“, resümiert Kirchhoff, „können wir die Wirtschaftlichkeit zukünftig weiter steigern.“ Der Laser stellt laut Sitec-Laserexperte Hahn denn auch ein multifunktionales Werkzeug dar, das sich hinsichtlich Preis-Leistungs-Verhältnis kontinuierlich weiterentwickelt. Und Dr. Rath von Rofin sieht in neuen Technologien, wie dem Laserschneiden sehr spröder Materialien wie Glas oder Saphir, zukünftig noch viele Möglichkeiten, die Wirtschaftlichkeit in der Produktion zu fördern.