Ha felületek, főleg ha a legkülönbözőbb anyagok felületeinek megmunkálásáról van szó, a lézer az alkalmazási lehetőségek sokféleségével tűnik ki. Gerhard Hein, a német gép- és berendezésgyártók szövetségén (VDMA) belül az anyagmegmunkáló lézerek és lézerrendszerek munkaközösségének ügyvezetője szerint az alapvető kihívás a következőkben rejlik: az energia precíziós módon történő vezérlése a térbeli és időbeli elosztásban, a legmagasabb eljárási és megismételhetőségi pontosság még a mikro- és nanotartományban is, valamint a folyamatok kiváló hatékonysága.

Ezeket a szempontokat állította a középpontjába a lézeres anyagmegmunkálás nemzetközi szakvására, a stuttgarti Lasys 2012 is. A rendezvény különlegessége, hogy mind a technológiákat, mind pedig az anyagokat illetően átfogó módon tájékoztat, és célzottan szólítja meg a lézeres anyagmegmunkálás felhasználóit és kínálóit.

A felületmegmunkálás csak egy szeletét képezi annak a sokrétű megmunkálási spektrumnak, amelyet univerzális eszközként a lézer manapság lefed. Még akkor is, ha a nagy sorozatú ipari gyártásra és ezzel a gazdaság egészére a felületi megmunkálás tekintetében a lézeres rendszerek jelentős ösztönző hatást fejtenek ki.

A lézerrel a felületeket sokrétűen lehet megmunkálni. Ide tartozik az üveg- és kerámiatermékek lézeres gravírozása és mélyített feliratozása, a gépgyártási elemek lézersugaras edzése, a turbinalapátok lézeres bevonatképzése, az értékes szobrok, műalkotások lézeres tisztítása, a napelemek lézeres lemunkálása és strukturálása, valamint az orvostechnikai eszközök lézeres polírozása. Számos alkalmazás demonstrálta azokat az előnyöket a seregszemlén, amelyeket a lézer használata a felületi kezelésben kínál.

Fontos felhasználó a szoláripar

A lézeres lemunkálási és strukturálási folyamatokban többek között a 3D-Micromac cég is gazdag tapasztalatot halmozott fel. A napelemek strukturálásánál a legnagyobb kihívások egyike az, hogy a lézeres megmunkáláshoz alkalmas paramétereket válasszanak ki, például a hullámhosszúságot, az impulzusszélességet, az előtolási sebességet és az áthaladások számát. Mivel a szakértők véleménye szerint soha nem lehet kizárni, hogy a lézeres megmunkálás során a napelem széle ne olvadjon meg, ügyelni kell arra, hogy ezeken a helyeken ne alakuljon ki rövidzárlat.

Itt az a ultra rövid impulzussal, különösen a pikoszekundum tartományba eső impulzusszélességgel működtetett lézerek alkalmazása bizonyult igen előnyösnek, mivel a hő hatásának kitett terület nagyon kis kiterjedése következtében a kismértékű szerkezeti változások a peremterületnek csak néhány mikrométerét érintik.

A 3D-Micromac a rugalmas alapfelületre felhordott vékonyrétegek eltávolításához innovatív eljárást fejlesztett ki: a nyomdaiparból származó know-how-val kombinálva ezt a lézeres megmunkálást az úgynevezett tekercsről tekercsre történő nyomtatási eljárásban is lehet alkalmazni, amelynél távolságmérő rendszer közreműködésével fókuszhelyesbítő egység gondoskodik a folyamat stabil körülményeiről, és a fóliákat kiforrott jelölésfelismerő algoritmusnak köszönhetően még az áttekercselés ideje alatt meg lehet munkálni. Ilyen módon a műveletet olyan gyártósorokhoz is lehet csatlakoztatni, amelyeknél a rugalmas hordozóanyag, mint például a szerves alapanyagú flexibilis napelemek folyamatos haladását kell biztosítani.

A lézeres megmunkálás fotovoltaikus eszközöknél történő alkalmazási előnyei a 3D-Micromac szerint különösen abban mutatkoznak meg, hogy az anyagba annak megérintése nélkül lehet energiát bevinni, a sugarat flexibilis módon lehet vezetni, az anyagot szelektíven lehet lemunkálni, az energiabevitelt egzakt módon lehet adagolni, illetve hogy az anyag károsodása alacsony szintű marad. Ezáltal optimális körülményeket teremthetünk ahhoz, hogy a lehető legnagyobb rugalmasság mellett és kevés selejt termelésével nagy teljesítőképességet lehessen elérni.

A lézer alkalmazásának a felületmegmunkálásban különösen a fotovoltaikus eszközök területén egyre nagyobb a jelentősége. A gyártási költségek csökkentése, illetve a hatékonyság növelése érdekében a napelemek gyártói teljesen automatizált berendezéseket állítanak munkába. A lehető legnagyobb pontosságnak, a magas szintű hatékonyságnak, valamint az anyag kismértékű károsodásának köszönhetően manapság a lézeralapú mikrostrukturálási eljárásoknak biztos helye van ezekben a gyártósorokban.

Így tehetők kopásállóbbá

Ha az a cél, hogy szerszámokat, valamint gépgyártási alkatrészeket azért tegyenek kopásállóvá, hogy tovább lehessen őket használni, akkor a lézeres felületkezelésben a felületedzéses és felrakásos hegesztéses folyamatok kerülnek előtérbe. A munkadarabnak mindkét műveletnél lehetőleg kis mértékben kell torzulnia, ami a szokásos eljárásoknál gyakran munkaigényes utómunkálatok végrehajtását tette szükségessé.

Mindezekkel szemben a lézersugár módon módot ad arra, hogy szelektív módon lehessen eljárni, és a rendkívül precíz eljárással a munkadarabnak még a nehezen hozzáférhető helyeken is csak bizonyos felületrészeit érje a beavatkozás. Ez jelentős előnyökkel jár együtt, mert a teljes edzési folyamatot fel lehet gyorsítani, az utómunkálatokra gyakorlatilag egyáltalán nincs szükség, így összességében költséget lehet megtakarítani.

A Laservorm cég elsősorban innovatív lézeres hegesztő-, vágó- és fúróberendezéseket fejleszt. De a vállalat a lézeres felületedzés és a lézeres felrakóhegesztés területén szerzett közel két évtizedes gyakorlatával is jelentős szakértelmet halmozott fel. Berendezéseikkel felületedző műveleteket készre megmunkált munkadarabokon 0,1 és maximum 2 mm közötti mélységben hajthatók végre nd:YAG szilárdtest-, száloptikás és diódás lézerekkel, közel torzulásmentes minőségben. Vágóéleket, csapágyfészkeket, vezetőléceket, íves vezérlőtárcsákat és sok más egyéb alkatrészt is hatékonyan, kiváló minőségben lehet edzeni lézer segítségével. A felrakásos hegesztési eljárásban a poralapú és a huzal formájú kiegészítő anyagok széles palettája dolgozható fel, ilyen módon a gépalkatrészeket a terheléshez igazodó módon különleges szerkezeti anyagokkal lehet nemesíteni.

A cikk teljes terjedelemben a GyártásTrend Évkönyvben olvasható.