Bearbeiten ohne Grate, ohne Späne und vor allem ohne Werkzeugverschleiß – aufgrund dieser Vorteile haben sich Lasersysteme inzwischen in einigen Bereichen zum Schneiden, Bohren und Strukturieren etabliert. Die GFH GmbH hat dieses Einsatzspektrum jetzt um eine Technik erweitert: das Laserdrehen. Da hierbei weder eine mechanische Kraft noch thermische Einflüsse auf das Material wirken, lassen sich selbst kleine Strukturen exakt und mit einer Oberflächenrauigkeit von Ra 0,1 µm erzeugen.
Herzstück der Laserdrehtechnik ist ein Piko- oder Femtosekundenlaser mit einer Pulsdauer von lediglich 10 ps beziehungsweise 800 fs. Die Kürze des Pulses sorgt dafür, dass eine hohe Energie zeitlich sehr begrenzt auf das Werkstück einwirkt und das Material verdampft, bevor es zu Schmelzerscheinungen oder thermischen Veränderungen kommen kann.
Die Spitze des eigentlichen Abtragwerkzeugs bildet ein rotierender Laserspot, der mit Hilfe einer Trepanier-Optik erzeugt wird. Durch seinen geringen Durchmesser von 25 µm lassen sich damit feine Konturen und Geometrien herausarbeiten, die mit mechanischen Werkzeugen nicht realisiert werden könnten. Auch verdrückt der Laser das Bauteil nicht, wodurch große Ausspannlängen möglich sind. Gleichzeitig deckt derselbe Laser auch weiterhin alle üblichen Funktionen ab, so dass für folgende Bearbeitungsschritte das Werkstück nicht umgespannt werden muss, was den Produktionsdurchsatz erhöht, Kosten spart und das Risiko von Schäden minimiert.
Harte Werkstoffe verschleißfrei drehen
Das Verfahren eignet sich sowohl zum Schruppen wie auch zum Schlichten, der mögliche Vorschub hängt vom Material sowie der geforderten Genauigkeit ab. Um trotz wechselnder Durchmesser und damit auch unterschiedlicher Bahngeschwindigkeiten eine gleichmäßige Verteilung der Laserpulse zu gewährleisten, wird zudem eine spezielle Laser-Ansteuerung genutzt, die eine Pulse-on-Demand-Regulierung in Relation zur abzufahrenden Bahn erlaubt. Bearbeitet werden können so neben allen Arten von Metall auch extrem harte Werkstoffe, beispielsweise Keramik oder Industriediamanten. Da der Lichtstrahl berührungslos arbeitet, tritt bei dieser Form des Drehens kein Werkzeugverschleiß auf. Außerdem bleibt die Schneidengeometrie dauerhaft scharf und formstabil, wodurch schwankende Schnittqualitäten vermieden werden. Dazu trägt auch bei, dass beim Abtrag per Laser keine Späne entstehen, die Werkstück oder Werkzeug beschädigen könnten. Ebenso bilden sich keine Grate, so dass nicht nachbearbeitet werden muss und eine einfache Reinigung der Werkstücke ausreicht.
Hohe Präzision, Dynamik und Flexibilität
Maschinelle Basis sind die GL.evo- und GL.compact-Bearbeitungszentren von GFH, die sich durch ihre genaue und dennoch dynamische Kinematik auszeichnen. Dadurch lässt sich der Laser trotz Beschleunigungen von bis zu 20 m/s² auf ± 1 µm genau am Werkstück positionieren. Die realisierbare Präzision beträgt 1 µm im Durchmesser bei Rauigkeiten unter 0,1 µm.
Darüber hinaus bieten die Anlagen den Vorteil, dass sie auch zum Schneiden, Abtragen, Bohren und Strukturieren genutzt werden können – ohne umspannen des Werkstücks. Die verschiedenen Bearbeitungsschritte können sofort nacheinander und ohne Werkzeugwechsel durchgeführt werden. So wurden bereits Edelstahl-Pinzetten mit 0,35 mm Kugeldurchmesser gedreht, längs geschnitten und mit einer 0,08 mm Bohrung versehen. Diese hohe Flexibilität macht das Verfahren für die Kleinserienfertigung oder das Prototyping interessant. ■
GFH GmbHhttps://gfh-gmbh.de
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