Laserablation

Lasern und Ätzen?!

„Laserablation“ nennt GF Agie Charmilles ein neuartiges Fertigungsverfahren, für das es drei- und fünfachsig gesteuerten Werkzeugmaschinen baut. Dem Anwender J. & F. Krüth Form-Ätz-Technik aus Solingen bieten sich ungeahnte Möglichkeiten bei der Gestaltung und Herstellung üblicher und spektakulärer Oberflächeneffekte an beliebig geformten Oberflächen. Geschäftsführer Stefan Krüth beantwortete Fragen von SCOPE zur Technologie und Motivation für die Investition.

Hochwertig gelaserte Textur auf Elektroden aus Kupfer und Grafit

SCOPE: Herr Krüth, was motiviert Sie, den Laser als Werkzeug für die Oberflächen-Strukturierung von Formteilen einzusetzen - und wie funktioniert das Verfahren?

Krüth: Ich habe mir vor einigen Jahren nicht vorstellen können, dass der Laser für das Gestalten von Oberflächen in so kurzer Zeit prozesstauglich sein wird. Wir hatten 2006 erste Kontakte zu einem französischen Startup-Unternehmen und bekamen 2007 die erste Anlage von dort. Wir haben diese Technologie unseren Kunden vorgestellt und fanden großes Interesse. Ein Vorteil der Laserablation gegenüber der Ätztechnik ist, dass auch die dritte Dimension von Oberflächen-Strukturen definiert darstellbar ist. Der Technologie liegt eine durchgehend digitale Prozesskette zugrunde. Es entstehen keine Späne, es wird kein Kühlwasser und kein Dielektrikum gebraucht - nur eine Staubabzug ist am Laserkopf angebaut. Mit dem Verfahren können zum Beispiel Lederstrukturen oder aber auch technische Strukturen wie Pyramiden oder Halbkugeln erzeugt werden, die sich virtuell leicht verändern und gezielt anpassen lassen. Und zur Lasertechnik gehört meist auch die Automatisierung, die ihren Teil dazu beiträgt, dass Mehrfacharbeiten oder Wiederholaufträge zu gleich guten Ergebnissen führen. Auch die Anpassung an Unterschiede im Werkstoff ist beim Lasern einfacher als beim Ätzen.

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Die üblichen Verfahrensschritte beginnen mit dem Einscannen eines realen 3D-Oberflächenmusters per Lichtstrahl außerhalb der Maschine. So wird die Topografie der Oberfläche aufgenommen, in Graustufen dargestellt und in die CAD/CAM-Linie eingebracht. Eine Auswahl an Strukturen werden wir auf Mustertafeln darstellen. Strukturen lassen sich auch virtuell konstruieren. Die maximale Möglichkeit für die verschiedenen Graustufen sind 256 „Layer“. Gearbeitet wird in mehreren Durchgängen aus verschiedenen Richtungen. Je Durchgang wird eine Schicht von 5 bis 10 µm abgetragen. Es ist durchaus üblich, dass mit 50 Durchgängen gearbeitet wird. Wir haben guten Kontakt zur Fraunhofer-Gesellschaft. Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT), Aachen, gibt es ein Forschungsprojekt, das sich mit dieser Lasertechnik (Hochpräzise Strukturen für frei geformte Oberflächen) befasst. Wir nehmen an diesem Forschungsprojekt teil. Unser Ziel ist es, als industrieller Anwender weltweit führend zu sein und zu bleiben.

SCOPE: Die Größe der Werkstücke verlangt passende Maschinengrößen. Sie haben gerade zwei Laser-Maschinen verschiedener Größe von GF Agie Charmilles gekauft und installiert. Bleiben noch Wünsche offen?

Krüth: Die Automobilindustrie und der Formenbau sind an den jetzigen Möglichkeiten stark interessiert. Es wird aber auch an größere Formteile gedacht. Wir wurden auf Instrumententafeln angesprochen. Der Entwicklungsstand der neuen Laser 1200 5Ax und der neuen Laser 600 5Ax, die wir gekauft haben, ist überzeugend, aber die Beladbarkeit (bis 1,7 t) und die Abmessungen (bis 700 mm x 700 mm x 700 mm) reichen für den großen Formenbau nicht aus. Wir stehen aber erst am Beginn der industriellen Anwendungen und die Nachfrage wird die Entwicklungen und das Angebot beeinflussen.

SCOPE: Wer die Laserablation erklärt bekommt, erfährt auch etwas über das Laser-Ätzen. Was spricht für diese Kombination einer alten und einer neuen Technologie?

Krüth: Bei der üblichen fotochemischen Ätztechnik wird mit Filmen gearbeitet. Das ist kein Problem, solange man in einer Ebene bleibt. Filme an gewölbte 3D-Körper anzubringen ist ähnlich schwierig, wie gewölbte Raumelemente zu tapezieren. Das Retuschieren von Hand ist dann unerlässlich. In der Multilayer-Bearbeitung und bei geometrischen Narben stößt diese herkömmliche Bearbeitung an Ihre Grenzen. Für das Laser-Ätzen spricht erstens, dass mit einem vorgelagerten „Mapping“-Prozess eine Struktur per Computer virtuell über die Oberfläche gezogen werden kann. Viele Strukturen sind weniger kompliziert im Aufbau als in ihrer Verteilung auf der Oberfläche. Als Beispiel stellen wir uns einmal ein Schachbrettmuster vor, das auf eine Halbkugel zu bringen ist. Das ist mit Mapping gut zu machen. Das Formteil wird lackiert und mit dem Mapping-Programm gelasert. Dabei wird der Lack an den Stellen entfernt, die anschließend für das Ätzen offen sein sollen. Zweitens kann man in der Kombination Lasern und Ätzen mehrlagige Lederstrukturen besser als im reinen Ätzprozess erzeugen. Die „reine“ Lasertechnik wäre hier teurer, weil dazu vielleicht 50 Bearbeitungsstufen notwendig wären, während das Laser-Ätzen mit fünf bis acht Bearbeitungsstufen auskommt. Das gilt allgemein: Jede Aufgabe ist für sich zu betrachten. Es gibt Strukturen, die sich durch das Ätzen genauso gut erzeugen lassen, es gibt Strukturen, die beim Ätzen annähernd gut entstehen und es gibt Strukturen, die man nur mit der reinen Lasertechnik in der geforderten Qualität erzeugen kann.

SCOPE: Zu einer neuen Technik passt die Frage nach Visionen. Herr Krüth, wer zwei Maschinen einer neuen Technologie kauft, wird seine Zuversicht auch aus Visionen schöpfen. An welche Möglichkeiten denken Sie?

Krüth: Die Lasertechnik eröffnet Möglichkeiten, von denen Designer bisher nur träumen. Wir haben Entwicklungsaufträge, die erstaunliche Wirkungen auf der Oberfläche zeigen. Neben einigen begeisterten Kunden gibt es viele, die skeptisch sind und an den Vorteilen und Möglichkeiten zweifeln. In einer solchen Phase begrüßen wir gern Kunden, die bereit sind, mit uns einen Schritt zu gehen. Eine Hürde ist sicherlich die lange Bearbeitungszeit für tiefere Strukturen, die das Lasern in zahlreichen Stufen erfordert. Es ist aber zu erwarten, dass die Maschinentechnik noch schneller wird. Und wir sollten auch an das Lasern von Oberflächenstrukturen an Elektroden aus Grafit oder Kupfer denken. Ich bin davon überzeugt, dass die Lasertechnologie in zehn Jahren ihren festen Platz hat. Das Lasern wird das Ätzen nicht verdrängen, doch in Bereichen ersetzen und Impulse für ganz neue Anwendungen geben. Klaus Malle/ee

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