Remote-Laserschneiden von Metallen

Produktivitätssteigerung um nahezu 1000 % gegenüber klassischer Anlagentechnik mit Linearantrieben.

Längsschliff der Schnittkante einer lasergeschnittenen Anode einer Li-Ionen-Zelle
© Fraunhofer IWS Dresden
Längsschliff der Schnittkante einer lasergeschnittenen Anode einer Li-Ionen-Zelle
Schneidbeispiel einer Reibscheibe, Edelstahl 1.4301, 0,1 mm dick
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Schneidbeispiel einer Reibscheibe, Edelstahl 1.4301, 0,1 mm dick

Beim Laser-Remote-Schneiden wird ein gut fokussierter Laserstrahl mit Hilfe von schnell bewegten Spiegeln entlang der zu schneidenden Kontur auf der Bauteiloberfläche bewegt. Die Geschwindigkeit des Laserspots beträgt dabei mehrere Meter pro Sekunde. Durch die geringen Wechselwirkungszeiten zwischen Laserstrahl und Bauteil wird das Material des Bauteils partiell verdampft und ausgetrieben.

Typische Abtragstiefen liegen bei 30 - 50 µm pro Zyklus. Höhere Materialdicken lassen sich durch Wiederholung des Scannvorgangs trennen. Es erfolgt ein zyklischer Abtrag des Materials. Die Schnittfuge wird schichtweise erzeugt. Eine Unterstützung des Schneidprozesses durch ein Schneidgas ist nicht erforderlich. Damit entfällt die Notwendigkeit der Führung einer Schneidgasdüse entlang der gewünschten Bauteilkontur.

Als wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens ergeben sich damit Bearbeitungsgeschwindigkeiten von mehreren hundert m/min, welche selbst hochdynamische Schneidanlagen mit Lineardirektantrieben infolge ihrer Masseträgheit nie erreichen werden.

Vorteile

Dichtungsgeometrie mit Freiformflächen, Edelstahl 1.4301, 0,1 mm dick, Bearbeitungszeit 195 ms bei PL = 1000 W, vm = 100m/min
© Fraunhofer IWS Dresden
Dichtungsgeometrie mit Freiformflächen, Edelstahl 1.4301, 0,1 mm dick, Bearbeitungszeit 195 ms bei PL = 1000 W, vm = 100m/min

Für das Laser-Remote-Schneiden stellen komplizierte Konturen kein Problem dar. Die lasergeschnittenen Kanten zeichnen sich durch einen geringen Grat und eine geringe Rautiefe aus. Das bearbeitbare Materialspektrum ist weit gefächert. Infolge der höheren Schneidgeschwindigkeit ist die Wärmeeinflusszone beim Laser-Remote-Schneiden im Allgemeinen geringer als beim klassischen Laserschneiden. Im Vergleich zum Stanzen sind die Vorteile des Laserschneidens in der Einsparung der Kosten für den Werkzeugbau und das Nachschleifen sowie in dem geringeren Geräuschpegel zu sehen.

Anwendungen

Mittels Remote-Schneiden erzeugte Li-Ionen-Zelle im Großformat (ca. A4)
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Mittels Remote-Schneiden erzeugte Li-Ionen-Zelle im Großformat (ca. A4)

Typische Anwendungsgebiete ergeben sich überall dort, wo hohe Schneidgeschwindigkeiten auf beliebigen Konturen bei gleichzeitiger Einhaltung von Bauteilgenauigkeiten kleiner +/- 10 µm gefordert sind. Beispielhaft sei hier die gezeigte Dichtungsgeometrie, welche aus einem 0,1 mm dicken CrNi-Stahl in weniger als 200 ms geschnitten wurde. Bei einer Laserausgangsleistung von moderaten 1000 W beträgt damit die mittlere Bearbeitungsgeschwindigkeit für die gesamte Kontur 100 m/min.

Hervorragend geeignet ist das Remote-Schneiden ohne Schneidgasunterstützung auch für:

  • Brennstoffzellen
  • Belichtungsmasken und Lötfolien
  • Federelemente (Flachfedern, Springfedern)
  • Reibscheiben
  • Siebe und Lochbleche sowie
  • Elektroden und Separatoren für Li-Ionen-Zellen