Software für die Lasermaterialbearbeitung

Broschüre »Software für die Lasermaterialbearbeitung«

Broschüre »Software für die Lasermaterialbearbeitung«

Software ist ein elementarer Bestandteil für die Steuerung und Automatisierung von Prozessen auf Basis von digitalen Modellen. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelt Softwaremodule, die für die Lasermaterialbearbeitung optimiert sind. Hierbei wird die gesamte Datenkette abgedeckt: Von der Verarbeitung von Geometriedaten über die Berechnung und Erstellung von NC-Programmen (CAM) bis hin zur Steuerung optischer und mechanischer Systeme.

CAM für die Lasermaterialbearbeitung

Computer Assisted Manufacturing (CAM) spielt bei vielen Prozessketten in der Lasermaterialbearbeitung eine wichtige Rolle. Basierend auf einem digitalen Modell des Werkstücks wird dabei ein NC-Programm zur Steuerung der mechanischen Achsen und des optischen Systems erstellt.

Für das Laserauftragschweißen (auch Laser Material Deposition LMD genannt) hat das Fraunhofer ILT die Software »LMDCAM« entwickelt. Diese Software ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Bahnplanung zur Reparatur sowie zur additiven Fertigung von Bauteilen und ist optimiert für die Verarbeitung großer Datenmengen (z. B. Messdaten). Der Anwender kann mit der Software umfangreich interagieren und somit komplexe und individuelle Aufgabenstellungen lösen. Die resultierende Maschinenbewegung kann auf Kollisionen und Überschreitungen der Achsgeschwindigkeiten überprüft werden. Dazu wird in der Software die gesamte Maschinenbewegung simuliert. Mit Hilfe eines programmier-baren Postprozessors können die Bahnen als NC-Programm exportiert werden, wobei auch mehrachsige Systeme (z. B. Roboter) unterstützt werden. »LMDCAM« basiert auf der Erkennung und Verarbeitung von komplexen Geometrien, was auch für die Bahnplanung bei weiteren laserbasierten Prozessen (z. B. beim Selective Laser Melting SLM, auch  bekannt als Laserstrahlschmelzen oder Laser-Powder Bed Fusion L-PBF) nützlich ist.

Für die Laser-Mikrostrukturierung werden galvanometrische Laserscanner zur dynamischen Strahlablenkung und Kurzpulslaser eingesetzt. Im Vergleich zum LMD-Prozess ist die Mikrostrukturierung ein subtraktives Verfahren, bei dem Material lokal abgetragen wird. Das Fraunhofer ILT hat die Software »SliceGen« entwickelt, die speziell auf den Laserstrukturierungsprozess abgestimmt ist. Dazu werden Schicht für Schicht Bahnen auf Basis des CAD-Modells berechnet, wobei jede Schicht abhängig von dem Arbeitsvolumen des Laserscanners in mehrere Kacheln zerlegt werden kann. Die Kacheln können beliebig verteilt werden, um sichtbare Grenzen zu vermeiden. Darüber hinaus können auch Bahnen für eine Formkorrektur auf Basis von Messdaten generiert werden. Die Bahnen zur Entfernung des überschüssigen Materials werden hierbei auf Basis der gewünschten und der gemessenen Topographie berechnet.

Für das Laserpolieren hat das Fraunhofer ILT die Software »TP4« entwickelt, mit der Daten aus einer herkömmlichen CAM-Software in Bahnen zum Laserpolieren umgewandelt werden. Wie bei der Laserstrukturierung wird auch bei diesem Verfahren ein Laserscanner eingesetzt. Die gesamte Bewegung wird in einen schnellen Anteil für den Laserscanner und in einen langsamen Anteil für das Achsensystem aufgeteilt (i. d. R. für eine 5-Achsen-Maschine). Die Software berechnet die überlagerte Bewegung und generiert separate NC-Programme für den Laserscanner und die mechanischen Achsen. Die Programmierung in Werkstückkoordinaten wird ebenfalls unterstützt, was den Einsatz eines Messtasters ermöglicht. Zusätzlich sind in der Software mehrere Prozessstrategien implementiert, um konstante Prozessbedingungen – auch  auf gekrümmten Oberflächen – zu gewährleisten. Um den Anforderungen der verschiedenen Anwendungen und Maschinen gerecht zu werden, verfügt die Software über eine Datenbank, in der Prozessparameter und Daten zur Kinematik gespeichert sind.

Steuerung von galvanometrischen Laserscannern

Bei vielen laserbasierten Verfahren ist es vorteilhaft, den Strahlfokus mit Hilfe eines galvanometrischen Laserscanners hochdynamisch und konturnah entlang der Oberfläche zu  führen. Für diese Systeme werden spezielle Steuerungen mit geringen Zykluszeiten eingesetzt. Das Fraunhofer ILT hat eine an solche Systeme angepasste, flexible und prozessunabhängige Softwarelösung zur Steuerung von Laserscannern entwickelt. Der Anwender kann die Software über Skripte erweitern, um prozessspezifische Strategien umzusetzen. Die resultierende Scannerbewegung wird in einer 3D-Vorschau angezeigt. Verschiedene Parameter wie Geschwindigkeit oder Laserleistung können farblich visualisiert werden. Die Software verfügt auch über eine Remote-Schnittstelle, die es ermöglicht, die Software über ein Netzwerk zu steuern und diese in eine bestehende Umgebung (z. B. eine CNC-Steuerung) zu integrieren. Auch die Ausführung von Skripten mit definierbaren Parametern wird unterstützt, wodurch komplexe Steuerungsaufgaben umgesetzt werden können.

Verarbeitung von Oberflächenmessdaten

Topografische Daten können für die Inspektion einer Oberfläche, zur Qualitätssicherung oder zur Ermittlung verschiedener standardisierter Oberflächenparameter verwendet werden. Das Fraunhofer ILT hat eine Reihe von Softwaremodulen zur Erfassung, Verarbeitung und Analyse topografischer Daten entwickelt, die auch individuelle Aufgaben erfüllen. Die Daten können z. B. von einem Weißlicht-Interferometer oder einem konfokalen Sensor stammen. Die Softwarelösung umfasst eine automatisierte Vermessung mehrerer laserbearbeiteter Oberflächen oder Bauteile, wobei die Daten gefiltert und zur Erfassung statistischer Oberflächeneigenschaften (wie z. B. der Rauheit oder eines PSD-Spektrums) ausgewertet werden können.

Leistungsangebot

  • Entwicklung von CAM-NC-Datenketten und Algorithmen zur prozessoptimierten Bahnberechnung
  • Entwicklung, Integration, Montage und Erprobung von Steuerungen für die Lasermaterialbearbeitung
  • Enwticklung von HMI (Human Machine Interfaces) für die Steuerung von Lasermaschinen und Laserscannern