Alati od tvrdih materijala i keramike poput volfram karbida su posebno otporni na trošenje. Međutim, alati korišteni za njihovu proizvodnju troše se brže - osim ako alat nije laserski. Istraživači Fraunhofer ILT razvili su procesni lanac u kojem se oblikovanje i poliranje komponenti od tvrdih materijala mogu provesti bez promjene stezanja.
Bušilice, glave za frezanje, valjci ili čak umetci za prešanje od keramičkih tvrdih materijala ne samo da imaju dobar učinak, već i značajno duže traju. No, koliko god pozitivno njihova otpornost na trošenje utječe na vrijeme trajanja u proizvodnji, toliko je problematična u proizvodnji ovih alata. Jer alati koji se koriste za njihovo oblikovanje i obradu površine troše zube na ovdje korištenim mješovitim karbidnim tvrdim metalima, cermetima i keramikama. Stoga je trošenje visoko kada proizvođači koriste mehaničke postupke obrade.
UKP laser djeluje tamo gdje mehanički postupci nailaze na granice
S ultrakratkim laserskim impulsima to je drugačije. Već komercijalni UKP laseri s snagom od 20 do 40 W sposobni su učinkovito ukloniti tvrde materijale korištene u izradi alata. Gdje njihovi malo pikosekundni kratki, visokoenergetski impulsi udaraju na površine, materijal isparava. Budući da se to događa s frekvencijama u MHz području, lasersko uklanjanje materijala postiže brzine površine do 100 cm² po minuti. No, s ovom oblikovnom evaporacijom materijala potencijal UKP obrade nije iscrpljen.
Istraživači Fraunhofer Instituta za lasersku tehnologiju ILT u Aachenu razvili su procesni lanac u kojem isti UKP laser provodi i oblikovno uklanjanje materijala i naknadno poliranje površina alata. "UKP laser je univerzalni alat s kojim realiziramo različite korake obrade, djelomično u istom stezniku", kaže Sönke Vogel, voditelj tima za 3D strukturalno uklanjanje u Fraunhofer ILT, koji je postupak razvijao zajedno s Astrid Saßmannshausen, voditeljicom tima za strukturiranje prozirnih materijala.
Ključ za povezivanje procesnih koraka leži u parametrizaciji lasera: dok se uklanjanje materijala odvija s visokom energijom impulsa i niskom frekvencijom ponavljanja, kod poliranja je obrnuto. UKP laser unosi energiju u površinu radnog komada s frekvencijom impulsa do 50 MHz, koja se akumulira i topi gornjih 0,2 - 2 mikrometra. Materijal ne isparava, već stvara film topljenja koji se zbog površinske napetosti sam izravnava i pri hlađenju očvršćava. Također se svojstva površine mogu kontrolirati putem vođenja procesa. "S UKP laserskim poliranjem moguće je, na primjer, izravnati mikro neravnine uz zadržavanje makroskopskih struktura", objašnjava Saßmannshausen. Osim toga, laserskom metodom moguće je polirati složene 3D površine s mikrometarskom preciznošću. Također je moguće selektivno poliranje odabranih područja kako bi se ciljana svojstva površine lokalno postavila ili polirala samo potrebna područja, što opet štedi vrijeme. UKP poliranje dopunjuje lasersko makro i mikropoliranje s još preciznijim i lokalno primjenjivim pristupom za poliranje površina.
Učinkovit postupak za industrijsku obradu tvrdih materijala
Ovisno o zahtjevima procesa, lasersko poliranje postiže brzine površine od deset do 100 cm² po minuti i time gotovo prati brzine površine prethodnog uklanjanja materijala. "Kombinacija oba procesa s jednim laserom u istom stezniku omogućava tvrtkama da prošire svoju ponudu s već postojećim UKP laserima ili značajno ubrzaju amortizaciju nakon nove nabave", objašnjava Saßmannshausen.
Ali, prije svega, ona je pogodna za zamjenu mehaničkih postupaka u obradi tvrdih materijala i tako okončava povremeno ogromno trošenje alata u njihovoj proizvodnji. To doprinosi ne samo smanjenju troškova, već i konkretno većoj učinkovitosti resursa i energije. Prema Saßmannshausen i Vogelu, potencijal kombinacije procesa još uvijek nije u potpunosti iskorišten. S bržim poligon skenerima, višim snagama lasera i povećanim laserskim točkama moguće je značajno povećati brzine površine. Zainteresirani industrijski partneri pozvani su da zajedno s istraživačkim timom Fraunhofer ILT započnu korake optimizacije.
Kontakt:
