LASERSTRAHLSCHWEISSEN

Eine gute Fügung

Das Laserstrahlschweißen hat sich in den letzten Jahren immer mehr als industrielle Fügetechnik etabliert. Dabei sprechen die Vorteile der Lasertechnik für sich: Durch präzise und flexible Fügeprozesse erzeugen wir mechanisch belastbare und – im Falle metallischer Werkstoffe – hochtemperaturfeste und elektrisch leitfähige stoffschlüssige Verbindungen. Was gerade auch für die technologischen Herausforderungen der Zukunft, beispielsweise im Bereich der Elektromobilität, großes Potential birgt.

Ausgestattet mit einem breiten Spektrum an Laserstrahlquellen, den entsprechenden Führungs- und Positioniermaschinen sowie dem nötigen werkstofftechnischen und konstruktiven Know-how, sind wir für nahezu jede schweißtechnische Aufgabe im Metall- wie im Nichtmetallbereich gerüstet:

• Konventionelles und Remote-Laserstrahlschweißen im Mikro- und Makrobereich
• Verarbeitung unterschiedlicher Materialien (artgleich sowie artungleich)
• Schweißen schwierig schweißbarer Werkstoffe
• Feinschweißen von filigranen Bauteilen
• Glasschweißen

Eine intelligente Prozesssensorik und -analyse ermöglicht es, Fehler beim Laserstrahlschweißen zu detektieren und zu vermeiden.

Stand der Technik ist uns jedoch nicht genug: In zahlreichen Forschungskooperationen befassen wir uns mit der Erweiterung bestehender Grenzen beim Laserstrahlschweißen, beispielsweise hinsichtlich Robustheit, Bearbeitungsgeschwindigkeit und Werkstoffspektrum.

LASERSTRAHLLÖTEN

Im richtigen Lot

Die Anforderungen an die industrielle Fügetechnik nehmen stetig zu. Eine stabile Materialverbindung ist oftmals nicht genug. Gerade im Automobilbau sowie in der Halbleiter-, Elektronik- oder Optoelektronikproduktion lassen sich die Vorzüge der Lasertechnik optimal nutzen. Nachbearbeitungsfreie sowie optisch ansprechende Nahtverbindungen im Sichtbereich und punktgenaue Fügestellen im Mikromaßstab sind das Ergebnis unserer Projekte zum:

• Laserstrahlhartlöten von Blechbauteilen und mechatronischen Bauteilen
• Laserstrahlweichlöten von elektronischen Komponenten

Von der Bahnlötung im modernen Karosseriebau bis hin zum Hartlöten von Leistungselektronik ist durch intelligente Prozessauslegung und -führung fast alles möglich. Mit der nahezu verzugsfreien Verbindung artungleicher Materialien mittels Lasertechnik konnten bereits viele neue Anwendungsfelder erschlossen werden. Um das Optimierungspotenzial bezüglich der Prozessgeschwindigkeit und -qualität zukünftig weiter auszuschöpfen, arbeiten wir mit den modernsten Verfahren der Prozessüberwachung und entwickeln diese kontinuierlich weiter.

LASERSTRAHLTRENNEN

Auf getrennten Wegen

Beim Schneiden zeigt die Lasertechnik ihre einzigartige Flexibilität: Durch eine angepasste Prozessführung können wir nahezu alle Materialien in unterschiedlichen Stärken mit höchster Qualität trennen.

Durch den räumlich begrenzten Energieeintrag und seine sehr hohen Intensitäten ist der Laserstrahl ein universelles Werkzeug für die Bearbeitung von metallischen wie nichtmetallischen Werkstoffen. So können mit Hilfe der Lasertechnik nur wenige Mikrometer dicke Folien ebenso geschnitten werden, wie Zentimeter dicke Bleche. Durch die Wahl einer geeigneten Laserwellenlänge lassen sich auch stark reflektierende Materialien – beispielsweise Kupfer – gut bearbeiten.

Die Entwicklung des Hochgeschwindigkeitsfeinschneidens dünner Bleche ermöglicht es durch angepasste Lasersystemtechnik und Prozessführung selbst feinste Konturen mit spitzen Winkeln und dünnsten Stegen auszuschneiden.

Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des blz verfügen über umfassende Expertise in folgenden Bereichen:

• Laserstrahltrennen und -strukturieren von metallischen Inserts zur Erzeugung duroplastischer Hybrid-Strukturen
• Hochgeschwindigkeitsfeinschneiden
• Schneiden von 3D-Bauteilen
• Schneiden von Gläsern, Keramiken und Halbleiterwerkstoffen

PRÄZISIONSBEARBEITUNG

Gar nicht oberflächlich

Der Markt für Ultrakurzpulsanwendungen wächst. Gerade in der Elektronik- und Mobilfunkindustrie gibt es vielfältigste Einsatzgebiete für die Lasertechnik. Ultrakurzgepulste Lasersysteme mit herausragenden Strahleigenschaften ermöglichen eine hochpräzise und schnelle Mikromaterialbearbeitung. Gekoppelt mit einer hohen Abtragseffizienz können wir mit geeigneten Verfahren auch thermisch hochempfindliche Materialien optimal bearbeiten und Freiformgeometrien erzeugen. Umfangreiches Know-how zu Laserprozessen auf ultrakurzer Zeitskala, Simulation, Optikentwicklung, Laserstrahlführung und -formung sowie zum Aufbau von Prototypensystemen erlaubt es uns, ein großes Spektrum an Dienstleistungen in der Präzisionsbearbeitung anbieten zu können:

• Erzeugung geordneter Mikro- und Nanostrukturen an Oberflächen und im Volumen
• Kalte Bearbeitung beliebiger Werkstoffe
• Mikrobohrungen bis 20 μm Bohrlochdurchmesser

Ausgestattet mit modernen Kurzpuls- und Ultrakurzpulslasern bearbeiten wir verschiedenste Werkstoffe. Die Strukturierung und Veränderung der Oberflächen sowie das Trennen sind dabei typische Aufgaben und Tätigkeitsschwerpunkte.

ADDITIVE FERTIGUNG

Individualität in Serie

Zeit- und damit kostensparende Produktentwicklungen sind heute wichtige Faktoren wirtschaftlichen Erfolgs. Wir nutzen die Technologie der Additiven Fertigung, um dreidimensionale Funktions- und Anwendungsprototypen, aber auch fertige Werkzeuge und Bauteile schichtweise aufzubauen.

Die Technologie der Additiven Fertigung ermöglicht die Herstellung individueller Bauteile aus Pulvern, Flüssigkeiten oder Materiallagen einer Vielzahl verschiedener Werkstoffe. Wir sind dabei Verfahren zu entwickeln, um komplette Baugruppen mit zusätzlichen elektrischen und optischen Funktionalitäten produzieren zu können.

Durch die Qualifikation neuer Werkstoffe wollen wir das Einsatzspektrum dieser generativen Verfahren erweitern und neue Applikationen aufzeigen. Dabei stehen folgende Aspekte im Fokus unserer Arbeit:

• Additive Fertigung von polymeren Bauteilen
• Laserstrahlschmelzen von Metallen aus dem Pulverbett
• Laser-Pulverauftragschweißen
• Realisierung dreidimensionaler Funktions- und Anwendungsprototypen
• Erzeugung von Baugruppen mit elektrischen und optischen Funktionalitäten
• Pulveranalyse, Datenvorbereitung und Nachbearbeitung

PROZESSANALYSE

Der gläserne Prozess

Indem wir individuelle Fertigungssituationen nachstellen und untersuchen, unterstützen wir Unternehmen bei der gezielten Lösung auftretender Probleme beim Einsatz von Lasertechnik. Das für die Analyse und Regelung der Prozesse zum Einsatz kommende systemtechnische Spektrum reicht von optischen, akustischen und mechanischen Sensoren bis hin zur Überwachung unter Einsatz von Hochgeschwindigkeits- und Thermokameras.

Mit Hilfe von Simulationen können zudem verschiedenste Szenarien abgebildet sowie Einflussfaktoren und deren Wirkung identifiziert werden. Um alle Möglichkeiten der Simulation auszuschöpfen, arbeiten wir daran, nicht nur einzelne physikalische Phänomene isoliert zu betrachten, sondern den kompletten Laserprozess in einem gesamtheitlichen Modell abzubilden.

Unser Leistungsportfolio im Überblick:

• Prozessüberwachung und Sensorik
• Modellbildung und Simulation
• Analytik
• Fehlerursachenerkennung

STRAHLFÜHRUNG UND -FORMUNG

Gezielt geführt

Viele Anwendungen in der Lasermesstechnik und Lasermaterialbearbeitung erfordern eine an die Anwendung angepasste Intensitätsverteilung des Laserstrahls, wie beispielsweise ein linienförmiges oder ein Top-Hat Intensitätsprofil. Zusätzlich eröffnet eine flexible Strahlformung und damit eine dynamische Anpassung des Laserstrahls an den Prozess neue Möglichkeiten für die zeit- und kosteneffiziente Bearbeitung von Werkstücken.

Am blz werden verschiedene refraktive und diffraktive Systeme zur Formung von Laserstrahlen entwickelt, die für eine Vielzahl von Applikationen in einem großen Wellenlängenbereich von 193 nm bis 10,6 µm und sowohl für geringe als auch hohe Leistungsdichten geeignet sind. Neben Laserstrahlhomogenisierern bietet das blz auch Multi-Spot-Generatoren an, um den Durchsatz mittels paralleler Bearbeitung zu erhöhen, wie zum Beispiel beim Perforieren oder Strukturieren.

Für die flexible Strahlformung werden beispielsweise Lichtmodulatoren (Spatial Light Modulator – SLM), Mikrospiegelarrays aber auch kombinierte Systeme aus verschiedenen refraktiven und diffraktiven Mikrooptiken eingesetzt.

Die Leistungsfähigkeit der Optiken wird in unseren Lasermaterialbearbeitungsanlagen geprüft und qualifiziert. So können auch kundenspezifische Applikationen getestet und mit Hilfe der Lasersystemtechnik optimiert werden.

Hier unsere Angebote im Bereich Strahlführung und -formung im Überblick:

• Kundenspezifische Entwicklung
• Prototypen- und Kleinserienfertigung
• Reflektive Systeme für die Mikrobearbeitung
• Passive Strahlformung (Homogenisierer, Multi-Spot-Generatoren)
• Aktive Lichtmodulatore

OPTISCHE SIMULATION

Licht gekonnt in Szene gesetzt

Die Optische Simulation ermöglicht es schon vor der Fertigung und Umsetzung des optischen Systems, den Einfluss von verschiedenen Parametern und Fertigungstoleranzen von Optik und Optomechanik genau zu untersuchen und zu optimieren. Für klassische Abbildungs- und Strahlformungsoptiken mit Abmessungen von mehreren Millimetern wird auf langjährig etablierte Raytracing-Programme zurückgegriffen. Werden die Strukturen kleiner, müssen auch wellenoptische Effekte wie Beugung und Interferenz im Design berücksichtigt werden. Diese Effekte können dann gezielt ausgenutzt werden, um beispielsweise diffraktive Strahlformungselemente zu realisieren.

Die Einbindung von realen Lichtquellen und Bauteiloberflächen stellt einen wichtigen Aspekt bei der Optischen Simulation dar. Für die Vermessung von Lichtquellen stehen am blz diverse Messmittel wie beispielsweise Wellenfrontsensoren oder Strahlanalysekameras zur Verfügung. Weiterhin besteht die Möglichkeit, auch reale Bauteile sowie taktil oder optisch vermessene Topographien mit der Hilfe von CAD-Schnittstellen zu implementieren und zu untersuchen. Für Ihre Problemstellung finden wir mit unserer Expertise im Bereich der Optischen Simulation die richtige Lösung:

• Strahlen- und wellenoptische Simulation
• Simulation von Nanostrukturen
• Aufbereitung und Import von CAD-Daten
• Vermessung und Implementierung realer Strahleigenschaften
• Optimierung und Toleranzanalysen