Harte, spröde und transparente Werkstoffe zu bearbeiten, ist auch für die Lasertechnik eine Herausforderung. Innovative Technologien ermöglichen jetzt noch bessere Schneidkanten und eine höhere Produktivität beim Bearbeiten, wie die fünfte Ausgabe der Fachmesse Lasys in Stuttgart zeigt.
Die Laserbranche ist gewohnt innovativ, was die Fachmesse Lasys 2016 widerspiegeln wird. Beispielsweise lassen sich durch die Weiterentwicklung von Lasersystemen spröde Werkstoffe zunehmend wirtschaftlicher bearbeiten. Auf solche Systemlösungen für die Laser-Materialbearbeitung hat der Veranstalter Messe Stuttgart die Lasys seit deren Start im Jahr 2008 fokussiert. Aufs Neue demonstrieren rund 200 Aussteller vom 31. Mai bis 2. Juni 2016 in Halle 4 die Einsatzmöglichkeiten des Lasers in der Materialbearbeitung. Im Mittelpunkt stehen Laser-Fertigungssysteme einschließlich der laserspezifischen Maschinensubsysteme, Komponenten, Verfahren und Dienstleistungen – und dies branchen- und materialübergreifend.
Zwar lassen sich mit Lasersystemen nahezu alle Materialien bearbeiten. Dennoch stellen harte, spröde und transparente Werkstoffe wie Glas, Saphir, Acryl oder Keramik eine besondere Herausforderung dar. „Beim Schneiden von Glas und Keramik geht es um saubere Schnittkanten, hohe Präzision, Langzeitstabilität und genauso um die Verschleißfreiheit der Bearbeitungswerkzeuge“, sagt Georg Hofner, Vorstand des Lasys-Ausstellers Scanlab. Die charakteristischen Eigenschaften von Glas fordern Lasersysteme besonders heraus, denn Glas ist spröde, für sichtbares Licht transparent, besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit und neigt bei ungleichmäßiger Erwärmung zu Spannungen, die zu Rissen führen können.
„Gehärtete Deckgläser von Smartphones lassen sich mit herkömmlichen Verfahren fast gar nicht schneiden. Hier bietet nur der Laser die Chance auf effiziente und wirtschaftliche Schneidverfahren“, sagt Christof Siebert, Leiter Branchenmanagement Mikrobearbeitung bei Trumpf Laser- und Systemtechnik. Als unflexibel erweist sich laut Siebert das Schneiden mit Diamanträdern. Variable Konturen könnten damit nur schwer erzeugt werden. Und beim Fräsen entstünden Risse, was zu einer intensiven Nacharbeit und damit zu höherem Kostenaufwand führe. In den vergangenen Jahren hat sich herausgestellt, dass Ultrakurzpulslasersysteme (UKP-Laser) für das Bearbeiten spröder und transparenter Materialien ideal geeignet sind. „Die ultrakurzen Pulse im Piko- und Femtosekundenbereich bringen keine Wärme ein und eine geschickte Prozessführung führt zu hohen Schneidgeschwindigkeiten. Unsere mehrfach geregelten Laser schneiden mit hoher Prozesssicherheit“, erklärt Siebert weiter.
Beliebige Konturen
Für eine hohe Qualität der Schnittkanten und flexibles, wirtschaftliches Arbeiten sorgen auch eingesetzte Scan-Systeme, wie die von Scanlab. „Durch die Kombination von UKP-Lasern mit Scan-Systemen kann eine quasi-simultane Bearbeitung ausgeführt werden. Dank der „kalten“ Ablation über einen Scanner wird das zu schneidende Material – beispielsweise Saphirglas – nicht aufgeschmolzen, sondern verdampft. „Der Prozess erfolgt durch mehrmaliges, exaktes Abfahren der Kontur mit dem Scanner und stellt hohe Anforderungen an Präzision und Wiederholgenauigkeit des Scan-Systems“, konstatiert Hofner. Ihm zufolge eignen sich für spröde und transparente Materialien am besten Scan-Köpfe mit besonders hoher Dynamik und innovativer Steuerungstechnologie. „Das Scan-System beschleunigt mithilfe einer vorab berechneten Soll-Trajektorie, stets mit der maximal möglichen Beschleunigung und vermeidet somit Schleppverzugsfehler und Ungenauigkeiten in der Bearbeitung“, so Hofner.
Innovation spart Zeit und Kosten
Mit einer neuen Technologie wartet der Lasys-Aussteller Rofin auf. Dr. Roland Mayerhofer, Hauptabteilungsleiter Forschung, Entwicklung, Konstruktion bei Rofin Baasel Lasertech erklärt: „Unser Lasersystem SmartCleave verwendet ultrakurze Laserpulse mit speziell optimierten Eigenschaften. Ein Laser-Filamentprozess sorgt dafür, dass spröde und durchsichtige Materialien in einem extrem schnellen, rückstandsfreien Prozess ohne Schnittfuge getrennt werden.“ Auch beliebige Konturen lassen sich schneiden, selbst mit kleinen Radien, in einem Durchlauf. „Dieser neue Prozess ist der intelligente Weg, um zeit-, kosten- und arbeitsintensive mechanische Nachbearbeitungsverfahren auf wenige Schritte zu reduzieren“, meint Dr. Mayerhofer. Durch neue Technologien öffnen sich gewaltige Einsatzfelder: Der Anwendungsbereich umfasst beispielsweise Smartphone-Displays aus gehärtetem und nicht gehärtetem Glas oder Saphirglas, TV-, Computer- und Tablet-Displays, LED- und OLED-Produkte und an-dere Mikroelektronikkomponenten, Glassubstrate für integrierte Schaltungen, optische Komponenten, Halbleiter oder Keramiken. dk
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