Chancen der dynamische Strahlformung

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Von: Fraunhofer IWS Dresden
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NEUE BEARBEITUNGSSTRATEGIE FÜR DAS EFFIZIENTE SCHNEIDEN DICKER METALLBLECHE MIT DEM FASERLASER

Ausgangssituation

Festkörperlaser, zu denen auch die Gruppe der Faserlaser zählt, besitzen aufgrund ihrer charakteristischen Wellenlänge bestimmte Schnitteigenschaften. Die Energieeinkopplung in das Material gilt als besonders vorteilhaft, so dass sich Werkstoffe mit spiegelnden Oberflächen sowie dickere Materialien besser schneiden lassen als dies mit der für Co2-Laser typischen Wellenlänge der Fall ist. Doch gleichzeitig schränkt der besonders schmale Schnittspalt den Einsatz im Dickblechbereich ein. Die Rauheit des Schnittbildes gilt als grob, so dass der Faserlaser im Dickblechbereich optisch gegenüber dem Co2-Laser und gegenüber dem Plasmazuschnitt schlechter aufgestellt ist. Die Schnittgeschwindigkeit im Grobblechbereich ist darüber hinaus geringer als bei adäquaten Verfahren.  

Aufgrund deutlich höherer Schneidgeschwindigkeiten für Dünnbleche und die Möglichkeit Lichtleitkabel zu nutzen, gehören Faser- und Scheibenlaser bereits zu den führenden Strahlquellen für Schneidanwendungen. Während für Dünnbleche die Maschinendynamik der limitierende Faktor ist, so schränkt bei Dickblechen ab 8 mm der Prozess selbst den erreichbaren Vorschub ein. Zusätzlich sind im Vergleich zum CO2-Laser eine erhöhte Kantenrauheit und eine stärkere Gratbildung zu beobachten. Insbesondere letztgenannter Aspekt muss durch geeignete Prozessoptimierung verbessert werden.

Zielsetzung

Es soll ein Verfahren entwickelt werden, dass diese Nachteile des Festkörperlasers reduziert.
Der Schnittspalt soll vergrößert, die Rauheit reduziert, der Dickeneinsatzbereich erhöht und die Schnittgeschwindigkeit gesteigert werden. 

Lösungsansatz

Das Fraunhofer IWS entwickelte einen neuen Ansatz für die Prozessbeeinflussung beim Laserstrahlschneiden von Dickblech: die dynamische Strahlformung. Die Grundidee besteht darin, mittels zeitlicher und räumlicher Modifikation der Energiedeposition die Vorteile hoher Fokusintensitäten von Festkörperlasern zu nutzen und die Absorption der Laserstrahlung im Schneidprozess positiv zu verstärken. So lassen sich dicke Bleche mit hoher Qualität und maximaler Geschwindigkeit bearbeiten. Dazu kombinieren die Wissenschaftler einen konventionellen Schneidkopf mit einem Hochleistungsscansystem. Eine speziell entwickelte Lösung zur Ansteuerung des Scansystems stellt den Ausgangspunkt für frei definierbare Funktionen des Ablenksystems bis 4 kHz dar. Eine Vielzahl ansprechbarer Freiheitsgrade steuert die Oszillation des Laserstrahles und bietet eine zusätzliche Möglichkeit der Prozesssteuerung in Ergänzung zu den konventionellen Schneidparametern, wie beispielsweise Laserleistung, Vorschub, Fokuslage und Gasdruck.

Unter Nutzung der dynamischen Strahlformung, die das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt hat, lassen sich deutliche Effekte bezüglich der Leistungsfähigkeit erzielen. Maßgebliche Ergebnisgrößen sind die erreichbare Schneidgeschwindigkeit, die Schnittspaltgeometrie sowie die qualitätsbestimmenden Merkmale der Schnittkante, die Oberflächenrauheit und mögliche Gratanhaftungen betreffen.

Die Prozessentwicklung des scannergestützten Laserstrahlschneidens erzielt mit einem einzigen optischen Aufbau sowohl für Dünn- als auch im Dickblech eine sehr gute Schneidleistung.

Lesen Sie den gesamten Bericht zum Thema "Dynamische Strahlformung", den Frau Cindy Goppold am Deutschen Schneidkongress® 2018 vorgetragen hat, in ausführlicher Form.

 

Lissajous Figuren der dynamischen Strahlformung
Lissajous Figuren der dynamischen Strahlformung (Quelle: iws Fraunhofer, Dresden)

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