Anwendungsfelder

Bei der additiven Fertigung baut der Laser die Bauteile Schicht um Schicht auf. Sie bestehen nur aus Pulver und Laserlicht. Ein großer Vorteil ist dabei die Formfreiheit im Design, außerdem benötigt man kein Werkzeug.

Für die additive Fertigung von Metallen gibt es verschiedene Möglichkeiten: pulverbettbasiertes Laserschmelzen oder Laserauftragschweißen.
Das pulverbettbasierten Laserschmelzen ist sehr nützlich bei der Fertigung von Prototypen, Unikaten und Kleinserien. Das Laserauftragschweißen, im Gegensatz dazu, setzt man auch zur Beschichtung und Reparatur ein.

Bildmaterial: Trumpf

Der Laserstrahl erzeugt beim Laserbohren berührungslos Löcher im Bereich von einigen Millimetern bis zu unter einem Mikrometer.
In sehr kurzer Zeit wird die Energie durch einen kurzer Laserpuls in das Werkstück gedrückt. Dadurch schmilzt und verdampft das Material. Je größer die Pulsenergie ist, desto mehr Material schmilzt und verdampft. Beim Verdampfen vergrößert sich das Materialvolumen im Bohrloch schlagartig und ein hoher Druck entsteht. Dieser Dampfdruck treibt das aufgeschmolzene Material aus dem Bohrloch.

 

 

Bildmaterial: SITEC

 

Der Laserstrahl erhitzt sehr schnell eine präzise definierte Oberfläche. Der Großteil des Materials bleibt kalt und führt die Hitze an der Oberfläche ab. Die Laserwärmebehandlung bietet eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit mit präzisen Härtetiefen. Durch den hohen Härtegrad und die kurzen Temperaturkreise bilden sich feinkörnige Mikrostrukturen (Martensit).

Vorteile:

  • Lokaler Wärmeeintrag in definierte Teilbereiche
  • Eigenschaften des Grundmaterials bleiben erhalten
  • Kurze Zykluszeiten
  • Integration des Härteprozesses in bestehende Produktionslinien möglich
  • Kaum Wärmeverzug
  • Flexibler Prozess  - Härten von komplexen Geometrien möglich
  • Temperaturgeregelter Prozess
  • Keine Verschmutzung der Oberfläche durch Kühlmedien

Geeignete Matrialien:

  • Vergütungsstahl
  • Werkzeugstahl
  • Gußeisen
  • Thermo-Chemisch behandelte Stähle
  • Rost- und säurebeständige Stähle
  • Nitrierstähle
  • Schnellarbeitsstahl

Bild: Härten einer Welle mit Diodenlaser
Bildmaterial: Laserline

Hierbei wird unterschieden zwischen Weichlöten und Hartlöten. Weichlöten wird für flexible Substrate oder in der Photovoltaik eingesetzt. Hartlöten, im Gegensatz dazu, wird bei temperaturempfindlichen Stoffen eigesetzt z. B. in der Werkzeugindustrie oder Sensortechnik.

Die Vorteile:

  • Empfindliche elektronische Bauteile, die wegen der Gefahr der thermischen Belastung und/oder der Verunreinigung nicht konventionell gelötet werden können, lassen sich mithilfe des Lasers löten
  • exakte und reproduzierbare Dosierbarkeit der Lötenergie 
  • keine Verunreinigung durch das Lötwerkzeug
  • kein Werkzeugverschleiß, da das Material während der Bearbeitung nicht berührt wir

 

 

 

 

Bildmaterial: Laserline

Ganz klar: Markieren ist eines der vielseitigsten Laserverfahren. Aus der Produktion von Konsum- und Industriegütern ist das Markieren mit dem Laser nicht mehr wegzudenken. Die Laserbeschriftung ermöglicht die dauerhafte, professionelle und anwenderfreundliche Kennzeichnung von Werkstücken mit alphanumerischen Texten, Logos, Grafiken und maschinenlesbaren Codes, wie etwa dem Datamatrixcode. Ob Gravieren, Abtragen, Anlassen, Verfärben oder Aufschäumen: Welches Verfahren das geeignete ist, hängt vom Werkstoff und den Qualitätsanforderungen ab. 

Gravieren und Abtragen

alle Materialien, vor allem

  • Metalle
  • Kunststoffe
  • Lacke
  • Keramiken
  • Laserbeschriftungsfolien

Anlassen

  • Eisenmetalle
  • Titan

Verfärben und Aufschäumen

  • Kunststoffe

Bildmaterial: Trumpf

Werkzeug wird für dieses Verfahren nicht benötigt. Das Pulver wird auf eine Bauplattform aufgetragen. Der Laserstrahl schmilzt das Pulver gemäß CAD-Daten punktgenau auf und verbindet definierte Stellen mit der darunterliegenden Schicht. Diesen Vorgang wiederholt der Laser so lange, bis das Metallteil fertig ist. Das Werkstück besitzt die Eigenschaften des in Pulverform eingesetzten Materials.

Geignete Materialien:
Nutzbar ist eine große Zahl metallischer Materialien in Pulverform, wie z.B. Stahl, Aluminium oder Titan.

Bildmaterial: Trumpf

Das Laserschneiden kommt zum Einsatz, wo komplexe Umrisse, eine präzise, schnelle Verarbeitung, die Herstellung dreidimensionaler Durchbrüche oder/und eine berührungslose, nahezu kraftfreie Bearbeitung gefordert sind. Im Feinbereich ist es somit optimal für die Feinwerktechnik aber auch die Stanztechnik – beispielsweise für Musterteile – geeignet.
Wo der fokussierte Laserstrahl auf das Werkstück trifft, erwärmt er das Material so stark, dass es schmilzt oder verdampft. Sobald er das Werkstück vollständig durchdrungen hat, kann der Schneidprozess beginnen: Der Schnittspalt ist kaum breiter als der fokussierte Laserstrahl selbst.

 

Bildmaterial: iwb

Das Laserschweißen eignet sich sowohl bei fügenden Verfahren, ebenso wie zum Reparatur- bzw. Auftragschweißen. Ein zentraler Vorteil liegt in der lokalen Wärmeeinbringung und damit in einer minimalen Wärmeeinflusszone. Das Anwendungsspektrum reicht vom Feinstschweißen porenfreier Nähte in der Medizintechnik, über das Präzisions-Punktschweißen in der Elektrotechnik oder der Schmuckindustrie, vom Auftragsschweißen im Werkzeug- und Formenbau bis hin zum Verschweißen ganzer Karosserien in der Automobilindustrie. Oft machen die Vorzüge der Lasertechnologie aber auch neue und effizientere Produktionsverfahren erst möglich: So werden verschiedene Blechdicken und -qualitäten zu Tailored Blanks zusammengeschweißt und Widerstandspunktschweißungen durch Lasernähte ersetzt.

 

Bildmaterial: iwb