Hochdynamische Fokusverschiebung beim Laserstrahlschweißen und -schneiden

Hohe Prozessgeschwindigkeit und hohe Qualität durch kontrollierte Energieverteilung

Bei unterschiedlichen industriellen Anwendungen sind Laser heute im Einsatz, um Fertigungsverfahren zu optimieren und eine hohe Qualität der Werkstücke zu gewährleisten. Auch Laserbearbeitungsprozesse selbst können durch hochfrequente Schwingungen des Laserstrahls in der XY-Ebene deutlich verbessert werden. Steigende Anforderungen in der Industrie verlangen aber nicht nur eine schnelle Bewegung in der Ebene, sondern auch eine schnelle aktive vertikale Verschiebung der Strahlenergie im Werkstück, um z.B. beim Laserstrahlschneiden von dicken Blechen die nutzbare Vorschubgeschwindigkeit zu steigern oder beim Laserstrahlschweißen eine bessere Schweißnahtqualität und Prozessstabilität zu erzielen. Mit einem piezobasierten Z-Achsen-Fokussiermodul ist es nun möglich, herkömmliche Verfahren ohne Strahlmanipulation und auch klassische 2D-Strahlmanipulationen in der XY-Bearbeitungsebene durch eine hochdynamische Bewegung in Richtung der Strahlachse bzw. Z-Achse zu erweitern und dadurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit weiter zu erhöhen und die Bearbeitungsqualität zu verbessern.

Vorteile des hochdynamischen Z-Achsen-Fokussiermoduls

Schnellere Prozessgeschwindigkeit durch kontrollierte Energieverteilung im Werkstück
Beeinflussung der Schmelzbaddynamik durch hochdynamische Oszillation der Fokuslage
Kompakte Bauform zur einfachen Integration in bestehende Laserbearbeitungsköpfe
Hohe Zuverlässigkeit durch verschleißfreie Führung und Aktorik sowie prozessrelevantes Temperaturmanagement
Hohe Wirtschaftlichkeit durch Prozessoptimierung bei geringem Implementierungsaufwand

Eigenschaften des Z-Achsen-Fokussiermoduls

  • Piezobasierte asphärische Membranverformung zur Vermeidung von Abbildungsfehlern
  • Elliptisches Spiegelsubstrat zur Ausschöpfung maximaler Strahlaperturen
  • Dielektrische Beschichtung für hohes Reflexionsvermögen
  • Verwendung von >> PICA Thru© Ringaktoren

Vorläufige technische Daten des Prototyps

  • Antriebsfrequenz bis zu 2 kHz
  • Ein Hub von 28 μm realisiert eine mittlere Verschiebung der Fokusebene um 15 mm bei entsprechendem Optik-Setting
  • Vielseitige Einsatzmöglichkeiten durch variables Modul- und Optik-Design

 

Das Z-Achsen-Fokussiermodul wurde im Rahmen des PISTOL3-Projekts in Zusammenarbeit von PI, dem Fraunhofer IOF, dem Fraunhofer IWS und den Industriepartnern Kjellberg Finsterwalde, Heliatek und Optics Balzers entwickelt. Das PISTOL3-Projekt ist Bestandteil des Förderprogramms „Zwanzig20-Partnerschaft für Innovation“, das vom >> Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird.
 


Fokussiermodul im Einsatz

Weitere Branchen und Anwendungen, die vom Z-Achsen-Fokussiermodul profitieren


Downloads

Broschüre

Automatisierungsplattformen für die Lasermaterialbearbeitung

Präzision – Durchsatz - synchronisierte Bewegung
Version / Datum
BRO67E R1 2018-06
Version / Datum
BRO67CN 2018-11
Dokumentsprache
pdf - 3 MB
pdf - 11 MB