新闻

10.05.2013 - Neue Produkte auf der LASER-Messe, München

Messe Laser World of Photonics, München 2013

 

LASERLINE baut das Produktprogramm für Diodenlaser in allen Bereichen weiter aus.

 

Leistung, Wirkungsgrad und Strahlqualität stehen im Vordergrund

 

Zur Messe „LASER World of Photonics“ 2013 wartet Laserline GmbH, der Marktführer für Diodenlaser in der Materialbearbeitung mit vielen Neuheiten auf. Im Einzelnen sind dies eine Erweiterung der maximalen Laserleistung von 15 auf 20 kW, eine weitere Optimierung des bereits vorher sehr hohen elektrischen Gesamtwirkungsgrad von 42 % auf 48 %, eine ganz neue Klasse von Diodenlasern mit Strahlparameterprodukten von 8 mm mrad sowie ein Fülle von Anpassungen und Verbesserungen an Lasern und Zubehör. Besonders zu  erwähnen ist hier ein komplett neues Programm an Bearbeitungsoptiken.

 

Neuer Benchmark für Laserleistung bei fasergekoppelten Diodenlasern

 

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  Nachdem bisher das Limit bei Diodenlasern im Hause Laserline bei  15 kW lag, wird dies mit der Messe Laser World of Photonics im  Mai 2013 zu 20 kW verschoben. Möglich wird dies durch eine  konsequente Weiterentwicklung von allen Komponenten im Laser,  besonders zu nennen sind hier die aktiv gekühlten Diodenbarren, die  Kopplungstechnik der einzelnen Dioden und die Versorgungsgeräte.  “Die  Industrie und ihr ständig steigender Leistungsbedarf bei  Lasern z.B. für Anwendungen in der Wärmebehandlung hat uns direkt  aufgefordert die Laserleistung nach zuletzt 15 kW auf nunmehr  20 kW zu steigern. Sicherlich ist hier langfristig auch noch nicht  das Ende erreicht. Wir haben heute schon die notwendigen Ideen für  den nächsten Schritt vor Augen“, erklärt der geschäftsführende  Gesellschafter Dr. Christoph Ullmann. Nur mit der aktiven Kühlung  werden die benötigten elektrischen Ströme auf den  Halbleiterelementen überhaupt erst realisierbar. Auch bei der neuen Spitzenleistung bietet Laserline eine Gewährleistung von 5 Jahren auf die Laserdioden, ein klares Statement für Qualität und Verfügbarkeit. Ebenfalls treu bleibt sich das Unternehmen bei der konsequenten Kopplung der Laserleistung in ein Lichtleitkabel. Die Strahlqualität von 220 mm mrad hinter dieser Faser ist gerade für Anwendungen im Bereich Härten und Tempern von Stählen sowie generellen Verfahren zur Wärmebehandlung optimal geeignet. Die Spotgeometrie kann mit dem Optikbaukasten von Laserline exakt an die Applikation angepasst werden, egal ob rund, quadratisch, rechteckig oder sogar elliptisch.

 

Gesamtwirkungsgrad übertrifft Erwartungen

 

Durch den globalen Trend zur Reduktion des Energieverbrauches in allen Produktionsverfahren, ist auch die Fa. Laserline aufgefordert, an dieser Stelle mit entsprechendem Entwicklungsaufwand ihre Geräte für die Industrie noch ökonomischer zu machen. Das Verhältnis zwischen der Laserleistung am Werkstück und der elektrischen Energieaufnahme wird mit der Messe erstmals auf knapp unter 50 %, nämlich 48 % verschoben. „Noch vor Jahresfrist waren wir uns nicht sicher, ob dieses anspruchsvolle Ziel bereits jetzt zu erreichen war“, sagte Volker Krause. „Aber es ist uns gelungen. Nicht zuletzt durch verbesserte Ausnutzung des von jedem einzelnen Laserdioden Barren emittierten Lichtes. Mit verringerten Verlusten auf dem Weg vom Chip zum Werkstück, höherer Effizienz bei den Dioden selber und Reduktion der elektrischen Verlustleistung in allen weiteren Aggregaten im Laser ist das aktuelle Ziel ein Jahr früher erreicht als noch 2011 vorhergesagt.“

 

Laserline erweitert die Diodenlaser Produktreihe LDF mit Strahlqualitätskonverter

 

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 Nachdem 2012 / 2013 bereits auf einigen Konferenzen  seitens Laserline Präsentationen über eine neue Technologie zur  Verbesserung der Strahlqualität von Diodenlasern gezeigt wurden,  erfolgt zur LASER 2013 folgerichtig der Schritt hin zu einem Produkt.  Mit der Erweiterung der Baureihe LDF (Laserline Diodenlaser  Fasergekoppelt) um einen 2 kW, 3 kW und 4 kW Laser  mit einer Strahlqualität von 8 mm mrad erschließen sich dem  Diodenlaser neue Applikationsfelder. Dazu wird die Strahlung des  Diodenlasers intern in eine aktive Faser eingekoppelt. Diese, als  Konverter bezeichnete Faser, erzeugt bei einem optisch-optischen  Wirkungsgrad von über 70 % einen Laserstrahl, der eine deutlich  verbesserte Fokussierbarkeit hat. Die Wellenlänge verschiebt sich dabei  nur unwesentlich und so emittiert dieser Diodenlaser mit  Konversionstechnologie nun knapp unter 1100 nm, einem Bereich  der seitens der Hersteller von Linsen, Spiegeln und Optiken bereist  entsprechend gut abgedeckt ist.

 

„Von einem klassischen Faserlaser unterscheidet sich der LDF 4000-8 in so weit, als dass wir im Grundsatz unseren Standardiodenlaser genommen und zwischen Dioden und der passiven Faser eine aktive Faser eingebaut haben, Als Resultat ergibt sich die verbesserte Strahlqualität,“, erklärt Volker Krause, ebenfalls geschäftsführender Gesellschafter bei Laserline. „Der Bereich der Strahlung im Grundmode bewusst ausgeklammert“. Unsere Kunden möchten sich mit dem neuen Laser u.a. Remote-Schweißen und generell größere Arbeitsabstände ermöglichen sowie Applikationen mit Fokusdurchmessern von unter 300 µm erschließen“, kommentiert Christoph Ullmann. „Daher werden wir den neuen Laser klar als Ergänzung zu unseren erfolgreichen Diodenlasern platzieren.“

Die neuen Laser mit einer Aufstellfläche von unter 1m², werden standardmäßig mit einer 200 µm Faser ausgerüstet und erreichen einen elektrischen Wirkungsgrad um die 30 %. Die Bedienung erfolgt über die identische Plattform aller anderen Laser der LDF-Reihe, das Wartungskonzept mit maximal einer Wartung von Filtern jährlich wird beibehalten und auch die bekannte Gewährleistung von 5 Jahren auf die Laserdioden gilt natürlich ebenso.

 

Neue Bearbeitungsoptiken für optimierte Standzeiten in der Applikation

 

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Neben der Strahlquelle ist die Bearbeitungsoptik für eine erfolgreiche Applikation ebenfalls sehr wichtig. Laserline hat daher seinen Baukasten für Optikkomponenten zum Aufbau einer Schweiß-, Beschichtungs-, Härte oder Oberflächenapplikation neu konzipiert. Die Optiken werden nun vollständig aus Edelstahl gefertigt, haben eine selbstjustierende Geometrie für die einzelnen Bausteine und vor allem eine nach innen verlegte Kühlung. Lediglich am Faserstecker wird das Kühlwasser, an welches keine besondere Forderung gestellt wird, angeschlossen. Alle weiteren Verteilungen erfolgen ohne störende Schläuche im Innern der neuen Baureihe. Versehentlich nicht angeschlossene Wasserverbindungen, durch Rückreflektion erwärmte Schläuche bei langen Laufzeiten, z.B. im Beschichten, gehören damit der Vergangenheit an.

Das benötigte Kühlwasser für die Optiken liefert der Laser in der Regel gleich mit. Wenn auf Grund des Aufstellortes hohe Wassertemperaturen gefordert sind, bietet Laserline optional schon seit längerem einen im Steuerschrank der LDF Baureihe als 19 Zoll Einheit aufgebauten Optikkühler an, der auch in tropischen Umgebungen noch ohne Kondensation einen Einsatz möglich macht.

 

LDF 4500-30 erweitert das Aufgabengebiet der Laserschweißanwendungen

 

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 Mit der Erzielung einer Strahlqualität von 30 mm mrad für einen  Diodenlaser bei 4 kW Leistung begann der Einsatz dieser Technologie u.a. für Schweißapplikationen im Karosseriebau. Hierbei werden vorhergehende Technologien ersetzt. Für einen weiteren generellen Ausbau der Position von  Schweißanwendungen von Diodenlasern mit einer 600 µm Faser ist  die Leistungssteigerung auf 4,5 kW nun der richtige Schritt. Die bewährte  Technologie wird beibehalten und mittels einer höheren Leistung der Barren  wird die neue Leistungsgrenze erreicht. Besonders vorteilhaft wirkt sich in der  Automobilindustrie aus, dass sowohl Laser zum Löten als auch Schweißen  baugleiche 600 µm Fasern verwenden. Es wird lediglich eine andere  numerische Apertur verwendet und die Instandhaltung der Werke benötigt  nur eine Faser als potentielles Ersatzteil. Hohe Wirkungsgrade, eine kleine  Stellfläche und die Mobilität der Geräte entsprechen genau der Vorgabe der Industrie mit 24/7 Einsatzzeiten.

 

 

 

Flexible Energieteilung auf bis zu drei Fasern

 

Vor allem rotationssymmetrische Anwendungen verlangen zur Vermeidung von Verzug immer wieder nach einem gleichzeitigen Eingriff der Laserleistung an zwei, drei oder selten sogar drei Positionen gleichzeitig. Hierzu wird seit Jahren die Laserleistung eines Lasers auf mehrere Fasern aufgeteilt. Diese sogenannte Energieteilung wird auch seitens Laserline angeboten. Die Verteilung der Energie findet dabei im Verhältnis 50 / 50 oder 33 / 33 / 33 Prozent statt.

Neu ist nun das diese bisher werkseitig festen Teilungen für den Kunden optional variabel gemacht werden können. Damit wird der Einsatz dieser energiegeteilten Laser noch flexibler, vor allem in den kurzlebigen Produktzyklen der Consumer Elektronikindustrie um nur ein Beispiel zu nennen. Der Bediener kann über das normale Steuerpult die Energieteilung anpassen. Dies erfolgt ohne Inanspruchnahme des Teleservices oder eines Technikers. Auch in Job-Shop Applikationen sind häufig wechselnde Anforderungen gegeben. Die Betreiber der Laser können hier ohne weitere Massnahmen zwischen den Teilungsverhältnissen wechseln.

In der maximalen Ausbaustufe dieser neuen Energieteilung wird es erstmalig möglich, von den genannten festen Teilungsverhältnissen abzuweichen. Jeder Prozentwert kann durch den Bediener für die einzelne Faser festgelegt werden. Ob dies bei einem Laser mit zwei Fasern oder drei Fasern sind, der Einstellbarkeit durch den Operator sind praktisch keine Grenzen gesetzt.

 

400 µm Fasern bei NA 0,12 neu im Programm

 

Neben der Leistungssteigerung der Laser mit 30 mm mrad hat Laserline nun auch die Lücke zwischen dieser und der neu eingeführten Strahlqualität von 8 mm mrad der konvertierten Diodenlaser geschlossen. Es werden Laser der LDF Baureihe mit einer Ausgangsleistung von 3000 Watt angeboten, die in eine 400 µm Faser mit einer NA von 0,12 gekoppelt werden. Damit sind Anforderungen für Fokusdurchmesser von 300 µm mit einer Brennweite von 150 mm erzielbar. 150 mm Arbeitsabstand ist für einen Diodenlaser bereits eine in 3-Schicht Schweißanwendungen bewährte Größe. In der Regel weist eine Schweißung mit einem Diodenlaser weniger Spritzer auf und erzeugt ruhige glatte Schweißnähte. Vor allem im Vergleich zu Lasern mit guter Strahlqualität, die mittels langer Brennweiten auf größere Spotabmessungen gebracht werden, zeigt der reine Diodenlaser im hausinternen Vergleich bei Laserline klare Vorteile bei verschiedenen Stählen.

Mit diesem konsequenten Lückenschluss kann der Kunde nun Laser von 8 mm mrad bis 200 mm mrad und Leistungen von 500 Watt in der modularen Serie LDM bis 20 kW in der flexiblen LDF Baureihe wählen.

 

Diodenlaser für das Tapelegen mit CFK-Bändern

tl_files/Laserline/img/tapelegen-faserverbundstoffe.jpgSeit 2009 werden Diodenlaser für die Fertigung von CFK-Serienbauteilen eingesetzt. Mit speziellen Homogenisieroptiken und Laserleistungen bis 3 kW werden Tapelege-Geschwindigkeiten von mehreren Metern pro Minute erreicht, bei sehr gutem Prozesswirkungsgrad. Das fasergekoppelte Diodenlasermodul LDM 3000-100 gibt dem Kunden die Flexibilität, unterschiedliche Bandbreiten und Bauteilgeometrien bearbeiten zu können. Der geringe Platzbedarf des Diodenlasers und die hohe Effizienz ermöglichen es dem Kunden, eine kompakte Schweißzelle inklusive der erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen aufzubauen, die für den Straßentransport geeignet ist.

Diodenlaser von Laserline revolutionieren das Tapelegen und -wickeln faserverstärkter Verbundkunststoffe. Das temperaturgeregelte und lokale Aufschmelzen der Thermoplastmatrix ermöglicht eine direkte Fertigstellung des Bauteils und ersetzt die umständliche Aushärtung in einem Heißluftautoklaven. Führende Flugzeughersteller nutzen das diodenlasergestützte Tapelegen von Faserverbund-kunststoffen für die Fertigung von Rumpf- und Flügelkomponenten.

 

Rohrwickeln und Tapelegen am Beispiel des Unternehmens AFPT GmbH Die Laserline GmbH hat es sich zur Aufgabe gestellt, das Tapelegen mittels Diodenlaser effizienter zu gestalten. Flugzeugteile, Druckbehälter, Dichtungen oder Rohr- gestänge aus faserverstärkten Verbundkunststoffen auf Plastomerbasis (z.B. CFK) verdrängen zunehmend konventionelle Konstruktionen aus Stahl und Aluminium. Sie bieten Gewichtseinsparungen von bis zu 70 % bei besseren mechanischen Eigenschaften.

 

Die AFPT GmbH nutzt das in Form eines Bandes (engl. „tape“) bereitgestellte Material und wickelt es um bzw. legt es in eine entsprechende Form. Das Tape wird hierbei im Zwickelbereich aufgeschmolzen. Eine schnelle, zeitlich und räumlich kontrollierte Aufwärmung der Thermoplastmatrix wird mit einem Diodenlaser sehr effizient erreicht. In enger Zusammenarbeit mit der AFPT GmbH hat Laserline spezielle Homogenisieroptiken entwickelt, die einen rechteckigen Laserfokus mit sehr gleichförmiger Energieverteilung erzeugen, um CFK-Bänder bis typisch 1 Zoll Breite homogen zu erwärmen. Integriert in den vom Kunden entwickelten sehr kompakten Tapelege-Kopf führt ein Roboter diese Einheit über die entsprechende 3D-Preform. Eine koaxiale Multi-Point-Temperaturregeleung kontrolliert die Laserleistung und stellt eine Erwärmung des Materials unterhalb der Zersetzungstemperatur sicher.