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Schnelles Scannen ohne transmissive Elemente


Eine neue Laseranlage zum Lasertexturieren bietet Industriedesignern mehr Möglichkeiten, um innovative Entwürfe dreidimensional umzusetzen. Einen wesentlichen Beitrag zu mehr Flexibilität und Bearbeitungsgeschwindigkeit leisten dabei Scansysteme, die auf transmissive Elemente verzichten.

Bild 1. Designstudie zur Demonstration der Leistungsfähigkeit der ›Laser S‹ beim 3D-Scannen
[zum Vergrößern in das Bild Klicken]

Das chemische Ätzen war lange die bevor­zugte Methode zum Gestalten hochwertiger Oberflächentexturen auf Werkzeugen und Spritzgussformen. Beim selektiven Ätzen sind jedoch Säuren sowie eine zeitaufwendige Werkstückmaskierung notwendig. Der arbeitsintensive Prozess ist in weiten Teilen manuell und aufgrund menschlicher Einflüsse nicht vollständig reproduzierbar. Alternativ dazu kann die Oberflächentexturierung heute durch Laserablation erfolgen. Die dreidimensionale Mikrobearbeitung erfordert eine hochdynamische Bewegung des Laserfokus über komplexe Oberflächen. So können beispielsweise Kunststoffformen für die Innenverkleidung von Fahrzeugen texturiert werden, um die Haptik und das Erscheinungsbild der Ober­flächen zu verbessern. Weitere texturierte Oberflächen finden sich in den Bereichen Fahrzeugbeleuchtung, Konsumgüterelektronik und im Werkzeugbau.

 

Die dreidimensionale Laserbearbeitung erfordert nicht nur die Be­wegung des Laserstrahls in X- und Y-, sondern auch in Z-Richtung. Dies wird durch den Einsatz von Z-Achsen als Erweiterung eines 2D-Scanners
in Bearbeitungsmaschinen umgesetzt (Bild 1). Allerdings unterscheiden sich die verfügbaren Z-Achsen-Systeme im Aufbau und sollten daher anwendungsspezifisch ausgewählt werden.

 

Laserablation bis zur dritten Dimension
Das entscheidende Bindeglied zwischen dem Laserstrahl und dem zu bearbeitenden Werkstück stellen die Bewegungseinheiten der Lasertexturierungsmaschine dar. Mit diesen wird der Laserstrahl zum Werkstück positioniert sowie die Relativbewegungen zueinander ausgeführt. Wichtige Kriterien für die Auswahl der passenden Systeme ergeben sich aus der jeweiligen Applikation in Bezug auf Präzision, Formate, zu bewegende Massen, Flexibilität sowie die Automatisierbarkeit.

 

Für die Relativbewegung des Lasers kommen häufig galvanometerbasierte Systeme zum Einsatz. Die geringen Massen von Galvanometer-Spiegeln ermöglichen sehr hohe Winkelgeschwindigkeiten und -beschleunigungen und damit auch sehr hohe Bearbeitungsgeschwindig­keiten – ein großer Vorteil bei zahlreichen industriellen Anwendungen. Für die 2D-Bearbeitung werden zumeist Scansysteme mit zwei Galvanometer-Spiegeleinheiten eingesetzt, die eine schnelle und gleichzeitig präzise Positionierung des Laserstrahls ermöglichen. Diese Einheiten bestehen aus einer elektromagnetisch angetriebenen Drehachse, auf der ein Spiegel befestigt ist. Der am unteren Ende der Achse befindliche Winkelsensor und der Galvanometer-Antrieb bilden zusammen einen Servomotor (Galvanometer), der über einen geschlossenen Regelkreis ge­steuert wird. Die Fokussierung des Laserstrahls erfolgt mit einer im optischen Strahlengang nachgelagerten Planfeldlinse, auch F-Theta-Objektiv genannt. In Kombination mit der Laser-Wellenlänge legt diese Linse die Strahlqualität sowie den Eingangsstrahldurchmesser, den Arbeitsabstand und die Brennpunktgröße fest.

 

Für die 3D-Bearbeitung muss das Scansystem um eine zusätzliche Achse erweitert werden. Bei Systemen ohne F-Theta-Optik übernimmt ein motorisch angetriebenes Strahlteleskop die Planfeldkorrektur und kann
die Fokusebene in einem bestimmten Bereich verschieben. Je nach Aufbau des Lasersystems sind zusätzliche Umlenkspiegel oder Strahl-Aufweiter entlang der optischen Achse notwendig (Bild 2). [...]

 

Hersteller:
SCANLAB GmbH
82178 Puchheim
Tel. +49 89 800746-0
info@scanlab.de
Opens external link in new windowwww.scanlab.de

 

GF Machining Solutions Management SA
CH-1217 Meyrin 1, Genf/Schweiz
Tel. +41 22 7833111
Fax +41 22 7830612
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