In der Fertigungstechnik der Industrie werden Laser für unterschiedliche Fertigungsverfahren eingesetzt. Sie werden hierzu an einer Laserbearbeitungsmaschine oder einem Laserscanner betrieben. Laser eignen sich zum Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und zum Ändern von Stoffeigenschaften verschiedenster Materialien, wie Holz, Kunststoff, Papier und Metalle.
Am Beispiel der Firma Nutech Lasertechnik (NUTECH Laserzentrum, NUTECH Lasersystemtechnik und NUTECH Analytik- & Prüfzentrum) und deren anschaulicher Videos werden die verschiedenen Anwendungsverfahren von Laser in der Industrie erkärt.
Laserschweißen
Das Laserschweißen oder Laserstrahlschweißen wird vor allem zum Verschweißen (also Verbinden) von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit bei sehr hoher Präzision, schmaler und qualitativ hochwertiger Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen.Es ist keine Nachbehandlung der Schweißnaht notwendig. Auch schwierige Werkstoffe / Werkstoffkombinationen sind hier bearbeitbar.
Laserschneiden
Laserschneiden, auch Laserstrahlschneiden bezeichnet das Durchtrennen von Material mittels kontinuierlicher oder gepulster Laserstrahlung durch Materialablation (das Abtragen von Material durch Aufheizung).
Der Grundwerkstoff des Bauteils wird durch den hochenergetischen Laserstrahl aufgeschmolzen und unter Zuführung eines Schneidgases ausgetrieben. Zum Einsatz kommen hier modernste 2- und 3D CNC gesteuerten Laserschneidanlagen. Damit können Prototypen, Einzelteile sowie Klein- und Großserien wirtschaftlich und kostengünstig hergestellt werden. Die Vorteile sind der geringe und präzise Energieeintrag, ein nur minimales Verziehen des Bauteils, kein Anfall von Werkzeugkosten und eine hohe Schnittqualität.
Laseroberflächentechniken
Zu den Oberflächentechniken per Laser zählen das Laserhärten, das Laserauftragsschweißen sowie das Lasergenerieren.
Laserhärten
Das Härten von Stahl ist eine Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit des Materials z.B. durch Wärmebehandlung mit anschließendem plötzlichen Abkühlen (Abschrecken).
Durch Laserhärten wird eine Verbesserung des Verschleißverhaltens von Bauteilen erreicht. Beim Laserhärten, auch Randschichthärten genannt, erfolgt der Energieeintrag des Laserstrahls direkt auf die Oberfläche des Bauteils. Die Randschicht wird in sehr kurzer Zeit begrenzt auf Härtetemperatur (>1000°C) erwärmt. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in der Präzision des Energieeintrags bei minimaler Wärmebeeinflussung, um exakt begrenzte Härtebereiche zu erzeugen. Auch an schwer zugänglichen Konturen ist dies möglich. Das Material verzieht sich kaum und eine Nachbearbeitung ist nicht notwendig. Es ensteht nur geringe Härtespannung und somit geringe Rissgefahr. Zusätzliche Medien zur Abschreckung sind nicht erforderlich.
Laserauftragschweißen
Laserauftragschweißen gehört zum Auftragschweißen (Cladding), bei dem auf ein Werkstück ein Oberflächenauftrag durch Aufbringen eines nahezu beliebigen Materials (z.B. Metallpulver) durch Aufschmelzen erfolgt. Es findet dabei ein Volumenaufbau, meist in Form einer Deckschicht, statt.
Beim Laser-Pulver-Auftragsschweißen wird das Grundmaterial eines Werkstücks und ein von außen zugeführtes metallisches Pulver metallurgisch verbunden und somit die Oberflächenstruktur oder die Oberflächenqualität verbessert. Das Werkstück wird auch gegen Verschleiß und/oder Korrosion geschützt. Die Vorteile des Verfahrens sind die geringe Aufmischung, geringe Porosität, geringes Verziehen des Materials durch geringen Energieeintrag, eine gute Oberflächenqualität mit geringer Rauheit, die hohe Pulvereffizienz (bis zu 90%) und Prozessgeschwindigkeit (bis zu 3 m/min).
Lasergenerieren / Lasersintern
Lasersintern ist ein generatives Schichtbauverfahren (Lasergenerieren), bei dem ein Werkstück Schicht für Schicht aufgebaut wird. Durch die Laserenergie und einem pulverförmigen Ausgangsstoff können so beliebige dreidimensionale Formen, auch mit Hinterschneidungen, erzeugt werden. Die ermöglicht auch Werkstücke, die sich in konventioneller mechanischer oder gießtechnischer Fertigung nicht herstellen lassen. Die Vorteile dieses Verfahrens: Bauteile müssen nicht aus dem Vollen gefräst werden, sondern lassen sich – nah an der Endgeometrie – schichtweise erzeugen. Die ermöglicht geringere Kosten für komplexe Bauteile und geringe Stückzahlen. Es fallen keine Werkzeugkosten an. Die Herstellung erfolgt von der CAD Datei direkt zum fertigen Bauteil. Es können alle gängigen Pulverwerkstoffe mit ihren positiven Eigenschaften für das Verfahren verwendet werden. Es erfolgt eine Gewichtsreduktion durch Einsparung von Material. Es lassen sich sehr komplexe Teile erzeugen.
NUTECH
Das Unternehmen NUTECH Gesellschaft für Lasertechnik und Materialprüfung mbH in Neumünster wurde 1985 gegründet. Nutech ist ein wirtschaftsnahes Forschungsinstitut, dass sich auf die Materialprüfung und Lasertechnik spezialisiert hat (siehe die Website von Nutech Lasertechnik).
Im Zentrum steht der Laser mit seinen Kernprozessen Laserschweißen, Laserschneiden und Laserbeschichten. Nutech verfügt zudem über ein Analytik- & Prüflabor: Das NUTECH Analytik- & Prüfzentrum prüft und analysiert Materialien, Werkstoffe und Bauteile auf ihre Zusammensetzung, mechanisch-technologischen Eigenschaften, beurteilt Schadensfälle und betreibt einen Kalibrierdienst für Werkstoffprüfmaschinen. Zum Einsatz kommen Methoden der zerstörenden Werkstoffprüfung sowie der chemischen und physikalischen Analytik.
Nutech GmbH als Arbeitgeber: https://www.xing.com/companies/nutechgmbh