Materialbearbeitung mit 100kW-Lasern - Applikation

Hochleistungslaser werden heutzutage in der Metallverarbeitung für das Schneiden, Schweißen und für die Oberflächenbearbeitung (Härten) eingesetzt. Dabei sind am häufigsten Laser mit einer Strahlleistung von 1 kW bis etwa 10 kW anzutreffen. Überwiegend werden dabei CO2 oder Nd:YAG Laser eingesetzt. Die Realisierung von Laser mit Leistungen von 100 kW und mehr ist dabei technisch kein Problem, es wurden jedoch bisher kaum Anwendungen für derartige Laser gefunden, die auch wirtschaftlich interessant sind. Das gegenständlichen Projekt hatte sich daher zum Ziel gesetzt, wirtschaftlich sinnvolle Anwendungen für derartige Laser zu finden und zu untersuchen. Dabei haben sich sehr schnell Anwendungen in der Umformtechnik herauskristallisiert, bei denen der Laser zur lokalen Erwärmung des Werkstücks eingesetzt wird. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, dass sich metallische Werkstoffe bei einer Erwärmung wesentlich besser umformen lassen als im kalten Zustand, was dadurch zum Ausdruck kommt, dass einerseits die erforderlichen Kräfte kleiner werden und andererseits das Formänderungsvermögen vergrößert wird. Konkret wurde das laserunterstütze Tiefziehen untersucht. Tiefziehen ist dabei eines der am häufigsten eingesetzten Blechumformverfahren, wie es beispielsweise in der Automobilindustrie häufig eingesetzt wird. Dabei wurde eine Blechronde zunächst mit dem Laserstrahl entlang einer zuvor festgelegten Kontur erwärmt und dann in einer Tiefziehpresse mit glasbeschichteten Werkzeugen tiefgezogen. Die Glasbeschichtung war dabei erforderlich um die Wärmeableitung durch das Werkzeug zu reduzieren. Es zeigte sich, dass durch das Tiefziehen die Formänderungsgrenzen tatsächlich erweitert werden können, was vor allem beim Tiefziehen schwer umformbarer Werkstoffe von Interesse ist. Zahlreiche Anfragen aus der Industrie belegen die Relevanz dieses Verfahrens. Als Laserquelle ist hier jedoch weniger der CO2 Laser als viel mehr der Diodenlaser interessant, da dieser zur Zeit noch einem rasanten Preisverfall unterliegt und bald wesentlich günstiger als der CO2 Laser sein dürfte. Darüberhinaus ist er besonders klein und könnte direkt in das Umformwerkzeug eingebaut werden. Als weiterer Prozess wurde das ziehringlosen Drahtziehen durchgeführt, wobei hier nur Vorversuche möglich waren. Dabei wird ein Draht durch eine Ziehvorrichtung mit einer höheren Geschwindigkeit aufgewickelt als er abgewickelt wird, wodurch er zwangsläufig seinen Querschnitt verringern muss. Diese Querschnittsverringerung erfolgt in einer durch den Laserstrahl erwärmte Zone, in der aufgrund der erwähnten Effekte die Umformung erleichtert wird. Die Vorversuche haben es erlaubt die grundsätzlichen Effekte bei diesem Verfahren zu verifizieren. Eine kontinuierlich arbeitende Vorrichtung soll in einem Folgeprojekt untersucht werden. Auch hier liegt bereits Interesse aus der Industrie vor.