Lasermaterialbearbeitung

Lasermaterialbearbeitung

Zu den Fertigungsverfahren des Technologiefelds Lasermaterialbearbeitung zählen die Trenn- und Fügeverfahren in Mikro- und Makrotechnik sowie die Oberflächenverfahren. Ob Laserschneiden oder Laserschweißen, Bohren oder Löten, Laserauftragschweißen oder Reinigen, Strukturieren oder Polieren, Generieren oder Beschichten, das Angebot reicht von Verfahrensentwicklung und Machbarkeitsstudien, über Simulation und Modellierung bis hin zur Integration der Verfahren in Produktionslinien.

Die Stärke des Technologiefelds beruht auf dem umfangreichen Prozess Know-how, das auf die Kundenanforderungen zugeschnitten wird. So entstehen auch Hybrid- und Kombinationsverfahren. Darüber hinaus werden in Kooperation mit spezialisierten Netzwerkpartnern komplette Systemlösungen angeboten. Sonderanlagen, Anlagenmodifikationen und Zusatzkomponenten sind Bestandteil zahlreicher FuE-Projekte. So werden spezielle Bearbeitungsköpfe für die Lasermaterialbearbeitung nach Kundenbedarf entwickelt und gefertigt. Auch Prozessoptimierungen durch Designänderungen von Komponenten sowie Systeme zur Online-Qualitätsüberwachung zählen zu den Spezialitäten des Technologiefeldes.

Der Kunde erhält somit laserspezifische Lösungen, die Werkstoff, Produktdesign, Konstruktion, Produktionsmittel und Qualitätssicherung mit einbeziehen. Das Technologiefeld spricht Laseranwender aus unterschiedlichen Branchen an:
vom Maschinen- und Werkzeugbau über Photovoltaik und Feinwerktechnik bis hin zum Flugzeug- und Automobilbau.

Projektergebnisse

Berichte aus den letzten Jahren zum Technologiefeld Lasermaterialbearbeitung

Ausstattung Lasermaterialbearbeitung

Prozesssensorik

  • High Speed Kamera, Photron SA5 Bildrate ca. 100.000 f/s, Arbeitsspeicher 32 GB
  • Fotokathoden Bildverstärker für High Speed Video Kameras
  • NIR Kamera, XEVAS HS Bildrate 350 f/s
  • PhotonFocus High Speed Digital CMOS Flächenkameras
  • Dalsa RGB Zeilenkamera
  • High Power LED Beleuchtungssystem
  • Beleuchtungslaser 810 nm, 532 nm
  • CPC (Coaxial Process Control), flexibles, modulares optisches System zur Integration in Laserbearbeitungsanlagen
  • Amtron Pyrometer für niedrige Temperaturen, Messrate 1 ms
  • Schnelles Kleiber Pyrometer, Messrate 0,01 ms
  • Shack-Hartmann Sensor zur Wellenfrontvermessung
  • Kreisformtestgerät zur dynamische Vermessung von Bearbeitungsanlagen
  • Pulver-Gasstrahl Prüfstand zur Düsenvermessung und -charakterisierung für generierende Verfahren
  • Schwarzer Strahler
  • Reis Roboter Bearbeitungsanlage mit Strahlführung und MSG Quelle zum Hybridschweißen
  • ZEMAX, Software für optisches Systemdesign
  • MATLAB, Software zur Algorithmenentwicklung für die Bildverarbeitung

Dünnschicht und Reinigen

  • Scanneraufbau mit Diodenlasern (kontinuierlich: 980 nm mit 150 W, 1470 nm mit 60 W, 1920 nm mit 20 W, gepulst: 980 nm, tp=5-20 µs, f=5000 – 30000 Hz, Ep < 10 mJ)
  • Hochgeschwindigkeitshandling (maximale Geschwindigkeit: 5 m/s, Länge: 2,1 m)
  • Flowbox mit Dipcoater
  • Nanoindenter (Δxy= ± 4 µm, F=0,05 – 500 mN)
  • Pipe-jet Drucker
  • Inkjet Drucker
  • Erbium-Faserlaser 1550 nm mit Scanner und Optiken, 100 W, cw
  • Nd:YAG-Laser (gepulst) mit hoher Puls-Zu-Puls-Stabilität, 40 W mittlere Leistung, 20-200 kHz Repetitionsrate, 18-80 ns Pulslänge, mit Scanner und Optiken
  • High power Q-switch Nd:YAG Lasersystem mit 2 x 1000 W mittlerer Ausgangsleistung, fasergekoppelt in 2 x 600 µm Faser, in Kombination mit diversen 1D- und 2D-Scannern zur schnellen Strahlablenkung, 30 kHz Repetitionsrate, ca. 100 ns Pusldauer
  • High power Q-switch Nd:YAG Lasersytem (ILT-Eigenbau) mit 1800 W mittlerer Ausgangsleistung, fasergekoppelt in 400 µm Faser, kombinierbar mit diversen 1D- und 2D-Scannern zur schnellen Strahlablenkung, 33 kHz Repetitionsrate, ca. 100 ns Pusldauer.
  • 1D-Scanner zur schnellen Strahlablenkung mit bis zu 25 m/s Scangeschwindigkeit (ILT Eigenbau)
  • Aufbau zur Online Absorptionsmessung mit Ulbricht-Kugel und 1 GHz-Oszilloskop
  • Diverse Optiken zur Strahlformung und -fokussierung

Polieren

  • Labormaschine zum Laserpolieren von Metallen mit 5 mechanischen und 3 optischen Achsen für Werkstücke bis 3 kg (mit 400 W Stablaser)
  • Werkzeugmaschine zum Laserpolieren mit 5 mechanischen und 3 optischen Achsen für Werkstücke bis 200 kg (mit 1000 W Scheibenlaser)
  • Laboraufbau zur hochdynamischen Überlagerung von mehreren Laserstrahlen (bei 1 µm Wellenlänge)
  • Scanneraufbau mit Leistungsabschwächer zur unabhängigen Einstellung von Laserleistung und Pulsdauer von gepulsten Festkörperlasern
  • Labormaschine zum Laserpolieren von Glas und Kunststoff mit 2 mechanischen und 2 optischen Achsen (mit 1500 W CO2-Laser)
  • Ofen und diverse Heizplatten zum Vorheizen und Tempern von Glasproben
  • CAM-System Delcam PowerMill
  • 1500 W CO2-Laser
  • 1000 W Scheibenlaser cw
  • 700 W Scheibenlaser cw + gepulst (600 – 2000 ns)
  • 400 W Stablaser cw + gepulst (100 – 500 ns)
  • 40 W Faserlaser gepulst
  • Diverse Optiken, Lichtleitfasern mit rundem und quadratischem Querschnitt
  • Thermokamera, Pyrometer
  • Weißlichtinterferometer Zygo NewView 7300
  • Profilometer Mahr M2
  • Stereomikroskop Leica M205 C mit Kamera

Wärmebehandlung und Beschichten / Auftragschweißen

  • Fasergekoppelte Diodenlaser mit Leistungen von 1, 2 und 10 kW Ausgangsleistung
  • 200 W Faserlaser für die Mikrobearbeitung
  • Fasergekoppelte Nd:YAG-Laser mit 2 und 3 kW Ausgangsleistung
  • Fasergekoppelter (100 µm) Scheibenlaser mit 1 kW Ausgangsleistung
  • 12 kW CO2-Laser
  • Diverse Optiken mit feststehender oder variabler Brennweite für Strahldurchmesser von 100 µm bis zu einem Rechteckprofil 90x45 mm2
  • Peripheriegeräte zur Prozessbeobachtung und Bauteilvermessung (Kameras, Pyrometer, optische Scanner)
  • Diverse Pulverförderer für die Förderung von Pulverkornfraktionen zwischen 20 und 150 µm
  • Pulverförderer für die Förderung von Pulverkornfraktionen <20 µm
  • Rüttelsiebe und Mischer für die Pulvervorbereitung und -aufbereitung
  • Präzisions-3-Achs-Handhabungssystem für die Mikrobearbeitung
  • Kompaktes 5-Achs-Handhabungssystem für das Beschichten (mobiler Einsatz möglich)
  • Glovebox mit integriertem 4-Achs-Handhabungssystem für die Laserbearbeitung in einer Schutzgasatmosphäre (<10 ppm Restsauerstoff)
  • 5-Achs-Portalsystem für die Laserbearbeitung großer Werkstücke
  • 4 x 4-Achs-Handhabungssysteme für das Beschichten und die Wärmehandlung
  • Heizplatte für die Vorwärmung bis 900 °C
  • Schutzgasofen für Temperaturen bis 1300 °C für Wärmenachbehandlung
  • 5 (+2) Achs-Kragarmanlage
  • TRUMPF TLC 1005 Anlage
  • Metallografie Labor mit Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie und EDX Analyse
  • Kleinlast- und Makrohärteprüfung

Rapid Manufacturing

  • EOSint M270
  • SLM Anlage Trumaform mit Plattformheizung bis 500 oC und 500 W Faserlaser
  • SLM Anlage Trumaform mit Plattformheizung bis 500 oC und 1000 W Scheibenlaser
  • 2 SLM Laboranlagen mit Plattformheizung bis 500 oC
  • SLM Laserstrahlquellen (Single Mode Faserlaser) mit 200 W und 1000 W
  • SLM Laboranlage mit CO2 Laserstrahlquelle bis 600 W zur Verarbeitung von (Bio-)polymeren und -keramiken
  • SLM Laboranlage mit induktiver Plattformheizung bis 1200 oC sowie Strahlungsheizung bis 1700 oC zur Verarbeitung von Hochtemperaturwerkstoffen und Keramiken 
  • Pulversiebe und Pulvermühle für die Pulveraufbereitung
  • Trowalisiergerät zur Oberflächenglättung von SLM Bauteilen
  • Diverse Systeme und Optiken zur koaxialen on-line Prozessbeobachtung

Mikrofügen

  • Scheibenlaser,  λ = 1030 nm, 1 kW, 50/200 µm Faser
  • Nd:YAG-Laser ,  λ = 1064 nm, 60 W gepulst, 0,1 - 20 ms
  • Nd:YAG-Laser,  λ = 1064 nm, 400 W, 0,1 - 50 ms
  • Diodenlaser,  λ = 808/940 nm, bis 500 W, 600 µm Faser
  • Diodenlaser,  λ = 980 nm, 100 W, 200 µm Faser
  • Diodenlaser,  λ = 1,5 µm, 600 µm Faser
  • Diodenlaser,  λ = 800 nm, 4x300 W, simultan ansteuerbar
  • Faserlaser,  λ = 1075 nm, 20 W, 100 W und 200 W, TEM00
  • Faserlaser,  λ = 1,5 µm, 100 W, TEM00
  • Faserlaser,  λ = 1,9 µm. 100 W, TEM00
  • Laserlötkopf mit integrierter Lotdrahtzufuhr
  • Galvanometerscanner mit Brennweiten von 50 mm bis 566 mm
  • 5-Achs-Bearbeitungssystem mit Genauigkeit bis 1 µm
  • 3-Achssystem mit kraftgeregelter Z-Achse, Genauigkeit 1 µm
  • Scara-Roboter und Knickarmroboter
  • Automatisierte Montagezelle Teamtechnik teamos
  • Prozessüberwachungssystem Precitec LaserWeldingMonitor
  • Hochgeschwindigkeitskamera mit 10 kHz Bildrate
  • Klimaprüfkammer -70 °C bis +180 °C
  • Kammerofen zum staubfreien Verglasen, max. 650

Makrofügen und Schneiden

  • CO2-Laser bis 20 kW
  • Scheibnlaser bis 10 kW
  • Faserlaser bis 4 kW
  • Lampen- und diodengepumpte Festkörperlaser bis 8 kW
  • Diodenlasersysteme bis 3 kW
  • CO2 Flachbett-Laserschneidanlage, Trumpf 6kW TruLaser 5030
  • Trumpf Lasercell TLC 105 mit CO2-Laser TLF2600t (mit Anbindung an LAY2006D)
  • Hochleistungsscanner bis 8 kW 
  • 2D-Highspeed Anlage, a=4g, v=300 m/min
  • Laserportalroboter
  • 6-Achs-Roboter
  • Portalroboter Translas 2718 (Schuler-Held)
  • Portalroboter Translas 3223 Penta (Schuler-Held)
  • Dreiachsige Bearbeitungsstationen
  • Dreiachs-Seitenständermaschine Varilas (Held)
  • Mobile Laserbearbeitungsstation MOBO
  • Roboterarbeitszelle Reis RV16 mit Drehtisch
  • Strahlführungssysteme
  • Strahldiagnosegeräte für Hochleistungslaser (Microspot Monitor, Focus Monitor)
  • Verschiedene Bearbeitungsköpfe zum Schweißen und Schneiden,
  • Kombiköpfe zum Schweißen und Schneiden
  • Hybridschweißköpfe für CO2 oder Festkörperlaser
  • Schweißstromquellen MIG/ MAG und WIG
  • Ultraschall-Prüfgerät Krautkramer UMS25S Lemo
  • LabVIEW Realtimesystem (Datenerfassung, Steuerung, Regelung)
  • Highspeed-Kamera mit 100 kHz Bildrate
  • Schlierendiagnosestand
  • Auflicht-Durchlicht- Mikroskope + Bildanalyse
  • Stereomikroskop
  • Härteprüfer (Makro/Mikro)
  • Oberflächenmessgeräte
  • Rasterelektronenmikroskop mit EDX
  • Weißlichtinterferometer
  • Spektrometer UV/VIS/NIR 200 nm – 2500 nm
  • Spektrometer FT IR 2500 nm – 30 µm         
  • 3D-Oberflächen-Messgerät

Laser in der Photovoltaik

  • Ultrakurzpuls-Laser, λ = 1064, 532, 355 nm, tpuls 10 ps
  • Q-Switch-Yb:YAG-Scheibenlaser, λ = 1030 nm, Pav = 65 W, tpuls 1 µs
  • Yb:YAG-Scheibenlaser, λ = 1030 nm, Pav = 750 W, tpuls 1 µs
  • Kurzpuls-Laser, λ = 355 nm, Pav = 10 W, tpuls 35 ns
  • Nd:YAG-Laser, λ = 1064 nm, Pav = 60 W, PPuls 3 kW, tPuls 0,1 - 20 ms
  • Nd:YAG-Laser, λ = 1064 nm, Pav = 400 W, PPuls 8 kW, tPuls 0,1 - 50 ms
  • Scheibenlaser, λ = 1030 nm, Pav = 1 kW, cw, Faser 50/200 µm
  • Faserlaser, λ = 1075 nm, Pav = 100/200 W, TEM00
  • Diodenlaser, λ = 808/940 nm, Pav = 250 und 500 W, 600 µm Faser
  • Diodenlaser, λ = 800 nm, Pav = 4x300 W, simultan ansteuerbar
  • Galvanometerscanner mit Aperturen von 7 - 25 mm,
  • Brennweiten von 50 - 566 mm (6"-Bearbeitungsfeld)
  • 5-Achs-Bearbeitungssysteme mit Genauigkeiten bis unter 1 µm
  • Wafertestsystem (Photoconductance Decay) mit Suns-Voc-Station
  • Digitales Lichtmikroskop bis 1000 x Vergrößerung
  • Rasterelektronenmikroskop
  • Weißlicht-Interferenz-Mikroskopie
  • Prozessüberwachungssystem Precitec LaserWeldingMonitor
  • Hochgeschwindigkeitskamera mit 10 kHz Bildrate
  • Thermographiekamera varioTHERM® mit 50 Hz Bildrate
  • Universal-Zugprüfmaschine 10 N bis 100 kN

Kunststofftechnik

  • Scheibenlaser, λ = 1030 nm, P = 1 kW, cw, Faser 50/200 μm
  • Faserlaser, λ = 1075 nm, P = 100/200 W, cw, TEM00
  • Faserlaser λ = 1080 nm, P = 20 W, cw
  • Diodenlaser mit Leistungen bis 70 und Wellenlängen von 808, 940, 980, 1490, 1710 und 1908 nm
  • Maskenschweißanlage
  • 6-Achs-Roboter mit Faseroptik
  • Galvanometerscanner mit Brennweiten von 50 - 566 mm
  • CO2 Laser, λ =10,6 μm, P = 120 W mittl. Leistung, P = 600 W Puls
  • Galvanometerscanner für CO2, v = 3000 mm/s, Feld 140 x 140 mm
  • 2D-Linearachsen-Ablenksystem, Feld 800 x 800 mm
  • Akusto-optischer Modulator für CO2, P = 400 W, Anstiegszeit 1 μs
  • UV-VIS-NIR-Spektrometer
  • Prozessüberwachungssystem