Multipass-Ansatz für die Laserbearbeitung liefert Präzisionsteile

Der Auftragsfertiger ES Precision leistet im Vereinigten Königreich erfolgreiche Pionierarbeit bei der Anwendung des „Erosionsschneidens“. Hierbei werden zum Schneiden feiner Details in dünne Metallteile bis zu Tausende von schnellen Wiederholungen getätigt.

ES Precision - Präzisionsbearbeitung und Laser-Beschriftung

ES Precision mit Sitz in Kingston Bagpuize, Großbritannien, ist ein Auftragsfertiger, der Laser zum Beschriften, Schneiden und Bohren von Materialien für Branchen wie Medizintechnik, Automobilrennsport (Formel 1), Luft- und Raumfahrt und Elektronik sowie für den allgemeinen Maschinenbau einsetzt. Das Unternehmen wurde im Jahr 2017 von den Veteranen der Laserindustrie Tim Millard und Andy May gegründet. Sie sahen eine Chance für einen Job-Shop, der sich auf Präzisionsprodukte konzentriert, die in erster Linie auf innovativer Laser-Bearbeitung und -Beschriftung basieren. Sie verfügen über zahlreiche Lasermaschinen mit unterschiedlichen Lasertechnologien, darunter Faserlaser für die Präzisionsbearbeitung, das Bohren und Beschriften von Metallen sowie Ultraviolettlaser für die Kunststoffbeschriftung und sogar Kohlendioxidlaser für das wirtschaftliche Schneiden und Gravieren von organischen Stoffen. Praktisch all ihre Laser sind von Coherent.

Erosionsschneiden – was und warum

Wie der Name schon sagt, legt das Unternehmen großen Wert auf präzise Ergebnisse. Zu diesem Zweck hat das Unternehmen im Vereinigten Königreich Pionierarbeit bei der Anwendung des „Erosionsschneidens“ geleistet, einer kosteneffizienten Methode zur Herstellung dünner Metallteile mit feinen Details und hoher Kantenqualität. Gründer May erklärt: „Das herkömmliche Metallschneiden mit Dauerstrich-Faser- oder Kohlendioxidlasern oder mit Laserpulsen im Millisekundenbereich ist sehr effizient, weil die Gasdüse den größten Teil der durch die Laserenergie erzeugten Metallschmelze wegbläst. Diese Art des Schneidens eignet sich jedoch nicht für dünne Teile, da die Randerwärmung zu groß ist und winzige, nur wenige Gramm schwere Strukturen nicht gehalten werden können und durch das Hochdruckgas beschädigt oder weggesprengt werden. Das Erosionsschneiden umgeht diese Probleme.“

 

Abbildung 1. Mit dem Erosionsschneiden kann ES Precision jedes dünne Metall bearbeiten, einschließlich dieser winzigen Messingzahnräder und dieser kundenspezifischen Platte aus Werkzeugstahl. Bilder mit freundlicher Genehmigung von ES Precision.

 

Das Erosionsschneiden nutzt die schnelle Galvanometer-Abtasttechnologie, die normalerweise für Beschriftungsanwendungen verwendet wird. Tatsächlich begann ES Precision zunächst mit einem PowerLine F20 von Coherent, der mit einem 20 W Faserlaser ausgestattet ist – ein System, das eher für Beschriftungs-/Gravuraufgaben verwendet wird. May erklärt: „Anstatt mit einem einzigen Durchgang des fokussierten Lasers zu schneiden, umfasst das Erosionsschneiden mindestens zehn, manchmal sogar Tausende von wiederholten Durchgängen, bei denen jeweils einige Mikrometer Material abgetragen werden. Aber dank der Hochgeschwindigkeits-Galvos können sogar Tausende von Durchgängen in nur wenigen Minuten durchgeführt werden. May fügt hinzu, dass die kurze effektive Verweilzeit und die bescheidene (20 W) Laserleistung bedeuten, dass bei jedem Scan nicht mehr als 5 Mikrometer an Material entfernt werden, oft sogar viel weniger. Der genaue Wert hängt von der Scangeschwindigkeit, der Lasereinstellung, den spezifischen Materialeigenschaften und auch der Schnitttiefe ab. Er merkt an: „Je tiefer man in einen Schnitt eindringt, desto weniger Material wird erwartungsgemäß bei jedem Durchgang abgetragen. Die maximale Schnitttiefe wird letztlich durch die Laserleistung begrenzt, die an der Basis des Schnitts ankommt.“ Mit ihrem 20 W Faserlaser ist ihre Methode laut May auf Metallteile mit einer Dicke von weniger als 0,5 mm und weniger als 5 mm bei organischen Stoffen beschränkt.

Abbildung 2: Die Coherent PowerLine F-Serie bietet flexible Laser-Teilsysteme, die mit Faserlasern von 19 bis 95 W Leistung ausgestattet werden können.

Ein kosteneffizientes Schneidverfahren für praktisch jedes dünne Metall

May fügt hinzu, dass dieses Verfahren für praktisch alle Metalle und auch für andere härtere Materialien wie Keramik geeignet ist. Viele ihrer Produkte werden aus Edelstahl oder Elektrostahl hergestellt. Beispiele für Letzteres sind Bauteile für miniaturisierte Elektromotoren. Das Unternehmen setzt das Erosionsschneiden auch bei hochwertigen Metallen wie Komponenten auf Platinbasis ein: für biotechnologische Anwendungen sowie Katalysatorkomponenten für Brennstoffzellen. Molybdän ist ein weiteres häufig nachgefragtes Metall für ES Precision, z. B. für die Verwendung als Röntgentargets in der medizinischen Bildgebung.

Natürlich lassen sich auch mit einem Ultrakurzpulslaser (USP) mit Pikosekunden- oder sogar Femtosekundenleistung eine bessere Kantenqualität und eine Minimierung der thermischen Schädigung erreichen. May erklärt, dass ES Precision das Faserlaserschneiden dem USP-Schneiden vorzog, weil es wesentlich kostengünstiger ist und eine höhere Geschwindigkeit und Effizienz in Bezug auf den Materialabtrag pro Watt Laserleistung bietet. Die höhere Geschwindigkeit des Erosionsschneidens ist besonders wichtig, da das Unternehmen nun auch dickere Metallteile schneiden will.

 

Abbildung 3. Das Erosionsschneiden ist auch bei Nichtmetallen wie diesen Kohlefaserverbundwerkstoffen anwendbar. Bild mit freundlicher Genehmigung von ES Precision.

Ausweitung ihrer Möglichkeiten auf dickere Metalle

ES Precision möchte sein Geschäft durch die Diversifizierung in dickere Metallteile erweitern. Sie haben deshalb einen PowerLine F100 bestellt, der mit einem 100 W Faserlaser ausgestattet ist. Damit kann das Unternehmen Metalle bis zu einer Dicke von 2 mm erodierend schneiden. Er wird auch für einige ihrer dünneren Produkte verwendet werden, wo er zu einem schnelleren Durchsatz führt, was im Prototypen- und Kleinseriengeschäft immer von Vorteil ist. 

Warum haben sie sich für ein weiteres Gerät von Coherent entschieden? May erklärt: „Wir brauchen drei wichtige Dinge von einem Lasermaschinen-Hersteller, um unser Geschäftsmodell zu unterstützen. Es versteht sich von selbst, dass wir in erster Linie Präzision brauchen; unser Ruf und unsere Preise beruhen darauf. Zweitens: Wir brauchen Zuverlässigkeit. Als kleineres Vertragsunternehmen können wir uns nur ein bestimmtes Maß an Vervielfältigung und Reservemaschinenbandbreite leisten. Wir können es uns nicht leisten, Liefertermine aufgrund unzuverlässiger Lasermaschinen zu versäumen. Und schließlich brauchen wir aus denselben Gründen einen zuverlässigen Service und Support. Coherent hat sich in allen drei Bereichen als großartiger Partner erwiesen.“

 

Abbildung 4. Eine höhere Laserleistung ermöglicht das Erosionsschneiden dickerer Metalle sowie einen schnelleren Durchsatz bei Serienprodukten wie diesen Federstahlkomponenten. Bild mit freundlicher Genehmigung von ES Precision.

Erfolgreiche Roadmap

In nur wenigen Jahren hat ES Precision ein erfolgreiches Unternehmen aufgebaut und sich einen guten Ruf im Bereich der Laserbearbeitung und -beschriftung erworben. Durch die Ausrichtung auf die spezielle Nische der Hochpräzision und den Einsatz von Innovationen wie dem Erosionsschneiden hat sich ES Precision von anderen, eher allgemein ausgerichteten Auftragsfertigern abgehoben. Wir freuen uns, dass sie ihre Partnerschaft mit Coherent als einen besonders wertvollen Faktor für ihren anhaltenden Erfolg bezeichnen. 

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„Wir brauchen drei wichtige Dinge von einem Anbieter von Lasermaschinen: Präzision, Zuverlässigkeit, verlässlichen Service und Support. Coherent hat sich in allen drei Bereichen als großartiger Partner erwiesen.“

— Andy May, Direktor.

 

 

 

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