Der Einsatz von Faserlasern in der Automobilproduktion war ein großer Erfolg und sie wurden in zahlreichen Schweiß- und Schneidanwendungen eingesetzt, darunter Rohkarosserien, Aufhängungskomponenten, Antriebsstrangbaugruppen und mehr. Das dürfte keine Überraschung sein. Faserlaser bieten gegenüber den meisten bisher eingesetzten Technologien (Laser und Nicht-Laser) mehrere Vorteile.
Dennoch bleibt die Automobilindustrie eine wichtige Innovationsquelle. Während Hochleistungsfaserlaser bereits seit einiger Zeit erfolgreich in der Automobilproduktion eingesetzt werden, erfordern die anspruchsvollsten Schweißprozesse heute mehr als nur Leistung, um Elektrifizierung und Leichtbau zu unterstützen. Obwohl es tatsächlich viele verschiedene Anwendungen gibt, handelt es sich bei den meisten davon in der Regel um:
Sehr dünne Materialien oder Materialien, die empfindlich auf Wärmeeintrag reagieren
"Schwierig"Zu schweißende Materialien wie Aluminium, Kupfer und hochfeste Stähle
Schweißen unterschiedlicher Materialien
Um diese anspruchsvolleren Aufgaben zu erfüllen, müssen Laser zwei Hauptfunktionen haben. Die erste besteht darin, über genügend Leistung zu verfügen, um die erforderliche Produktivität zu unterstützen. Bei dickeren Teilen ist zudem eine hohe Leistung erforderlich, um eine ausreichende Eindringtiefe zu erreichen. Das zweite ist die Möglichkeit, die Verteilung der Laserleistung über die Arbeitsfläche präzise zu steuern – sowohl räumlich als auch zeitlich.
Kraft- und Präzisionskontrolle
Kohärent GROHE hat den ARM-Faserlaser (Adjustable Ring Mode) entwickelt, der Leistung und Steuerungsgenauigkeit bietet. Um dies zu erreichen, verwendet der ARM einen Dual-Beam-Ausgang – er erzeugt einen zentralen Punkt, der von einem weiteren konzentrischen Laserring umgeben ist. Die Leistung des Kernrings kann unabhängig gesteuert und gepulst werden.
Die Faserlaser der Coherent HighLight FL-ARM-Serie liefern eine Gesamtleistung von bis zu 10 kW, ein Leistungsniveau, das für alle Anwendungen mit hohem Durchsatz mehr als ausreichend ist. Tatsächlich verbrauchen die meisten hochpräzisen und anspruchsvollen Produkte typischerweise weniger als die Hälfte dieses Leistungsniveaus. Daher sind Coherent ARM-Laser in der Lage, bei Bedarf ausreichend Laserleistung präzise und gezielt an die Schweißposition zu liefern.
Ein Beispiel dafür ist das Kupferschweißen. Einige Hersteller greifen beim Kupferschweißen auf grüne Laser zurück, da diese von Kupfer leichter absorbiert werden als das Infrarotlicht von Faserlasern. Dieser Prozess kann jedoch nur bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Sobald das Kupfer erhitzt ist, absorbiert es Infrarotlicht sehr gut, und sobald ein Schlüsselloch vorhanden ist, wird die Fähigkeit des Kupfers, rotes Licht zu absorbieren, stärker.
Wenn man also mit dem Schweißen von Kupfer mit einem ARM-Laser beginnt, besteht der erste Schritt darin, das Material nur mit Ringlicht zu erhitzen, bis es schmilzt. Als nächstes erzeugt ein Hochleistungs-Mittelstrahl das Schlüsselloch. Während des Schweißvorgangs wird jedoch ein Teil der Leistung im Ringstrahl gehalten, da dieser das Schlüsselloch stabilisiert, was die Spritzerbildung reduziert und zu einer stabilen Schweißnaht führt. Wenn der Strahl das Ende der Schweißnaht erreicht, wird die Ringleistung vollständig abgeschaltet und die Kernleistung fällt sanft ab, um ein sauberes, gleichmäßiges Ende zu erzeugen.
Ähnliche Vorteile bietet dieses Verfahren auch beim Schweißen anderer anspruchsvoller Materialien wie Aluminium und verzinktem Blech. Darüber hinaus ermöglicht eshochpräzises Schweißenaus dünnen oder wärmeempfindlichen Materialien.
PLeistungskontrolle
Einige Hersteller von Faserlasern mögenKohärent's ARM weist darauf hin, dass ihre Produkte eine Verteilung von 100 % der Gesamtleistung zwischen den Kernringen ermöglichen, als ob dies ein Vorteil wäre.
Aber das ist nicht der Fall. Der ganze Vorteil von ARM-Lasern besteht darin, dass durch die Aufteilung der Leistung zwischen Kern und Ring die einströmende Wärme so in das jeweilige Werkstück geleitet wird, dass bessere Ergebnisse erzielt werden als mit einem einzelnen Strahl, wie im zuvor beschriebenen Kupferschweißbeispiel. Warum sonst nicht einfach einen Standard-Einstrahl-Faserlaser (und billiger) verwenden?
Sie hatten auch Bedenken, dass die ARM-Struktur von Coherent nicht „flexibel“ genug sei.
Bei der Herstellung des Systems ist es notwendig, die Anzahl der Module festzulegen, die in den Kernring einspeisen. Daher kann ein 8-kW-ARM-Laser, der aus vier 2-kW-Modulen besteht, mit drei verschiedenen maximalen Kern-/Ring-Leistungsverhältnissen konfiguriert werden. Diese sind 6 kW/2 kW, 4 W/4 kW oder 2 kW/6 kW. Darüber hinaus kann die maximale Kern-/Ringleistung nicht nachträglich geändert werden und gilt daher als „unflexibel“.
Die Konfiguration für jeden einzelnen Kundenlaser basiert jedoch auf Prozesstests, die vor dem Kauf des Lasers durchgeführt wurden. Diese bestimmen die Leistung und die Kern-zu-Kern-Leistungsverhältnisse, die für die Massenproduktion erforderlich sind. Darüber hinaus wird ein ausreichend großes Prozessfenster bereitgestellt, um die Anpassung an Produktionsinstabilitäten (z. B. Chargenabweichungen bei den Rohstoffen, Aufspannfehler usw.) zu unterstützen.
