Orodja iz trdnih materialov in keramik, kot je volfram-karbid, so še posebej odporna na obrabo. Orodja, ki se uporabljajo za njihovo proizvodnjo, pa se obrabijo hitreje - razen če je orodje svetloba. Raziskovalci Fraunhofer ILT so razvili procesno verigo, v kateri je mogoče oblikovanje in poliranje komponent iz trdnih materialov izvesti z ultrakratkimpulznim (UKP) laserjem, ne da bi bilo treba spremeniti nastavitev.
Bore, rezalni glave, valji ali tudi vložki za stiskanje iz keramičnih trdnih materialov ne le, da imajo oprijem, temveč tudi znatno dlje trajajo. Kljub temu, da pozitivno vpliva njihova odpornost na obrabo na delovne čase v proizvodnji, je to problematično pri proizvodnji teh orodij. Orodja, ki se uporabljajo za njihovo oblikovanje in obdelavo površin, se ob stiku z mešanimi karbidnimi trdnimi kovinami, cermeti in keramikami obrabijo. Zato je obraba visoka, ko proizvajalci uporabljajo mehanske postopke obdelave.
UKP-laser deluje tam, kjer mehanski postopki naletijo na omejitve
To je drugače z ultrakratkimi laserskimi impulzi. Že tržno dostopni UKP-laserji z močjo od 20 do 40 vatov so sposobni učinkovito odstraniti trdne materiale, ki se uporabljajo v gradnji orodij. Kjer se njihovi kratki, visokoenergetski impulzi srečajo s površinami, material izhlapi. Ker se to dogaja pri frekvencah v MHz območju, lasersko odstranjevanje materiala doseže hitrost do 100 cm² na minuto. Vendar pa potencial UKP-obdelave ni izčrpan s to oblikovno evaporacijo materialov.
Raziskovalci Fraunhoferjevega inštituta za lasersko tehnologijo ILT v Aachnu so razvili procesno verigo, v kateri isti UKP-laser izvaja tako oblikovno odstranjevanje materiala kot tudi kasnejše poliranje površin orodij. »UKP-laser je univerzalno orodje, s katerim lahko realiziramo različne obdelovalne korake, deloma v isti nastavitvi,« pravi Sönke Vogel, vodja skupine 3D-strukturiranja na Fraunhofer ILT, ki je postopek razvijal skupaj z Astrid Saßmannshausen, vodjo skupine za strukturiranje prozornih materialov.
Ključ za povezovanje procesnih korakov leži v parametriji laserja: medtem ko se odstranjevanje materiala izvaja z visoko energijo impulza in nizko ponovitveno frekvenco, je pri poliranju obratno. UKP-laser vnaša energijo v površino delovnega kosa s frekvenco impulza do 50 MHz, ki se tam akumulira in stopi zgornjih 0,2 - 2 mikrometra. Material ne izhlapi, temveč tvori talni film, ki se zaradi površinske napetosti sam izravna in se ob ohlajanju strdi. Tudi površinske lastnosti so nadzorovane preko vodenja procesa. »S poliranjem z UKP-laserjem je na primer mogoče izravnati mikro-neravnine ob ohranjanju makroskopskih struktur,« razlaga Saßmannshausen. Poleg tega je z laserskim postopkom mogoče polirati kompleksne 3D površine z mikrometrsko natančnostjo. Možno je tudi selektivno poliranje izbranih območij, da se ciljno lokalno prilagodi površinske lastnosti ali polira le potrebna območja, kar prihrani čas. UKP-poliranje dopolnjuje lasersko makro- in mikropoliranje z še natančnejšim in lokalno uporabnim pristopom k poliranju površin.
Učinkovit postopek za industrijsko obdelavo trdnih materialov
Odvisno od procesnih zahtev, lasersko poliranje doseže hitrost površin od deset do 100 cm² na minuto in tako skoraj doseže hitrost odstranjevanja materiala, ki je bila predhodno izvedena. »Kombinacija obeh procesov z enim laserjem v isti nastavitvi omogoča podjetjem, da razširijo svojo ponudbo z že obstoječimi UKP-laserji ali znatno pospešijo amortizacijo po nakupu novega,« razlaga Saßmannshausen.
Predvsem pa je primerna za zamenjavo mehanskih postopkov pri obdelavi trdnih materialov in tako končati delno ogromno obrabo orodij pri njihovi proizvodnji. To ne prispeva le k znižanju stroškov, temveč tudi konkretno k večji učinkovitosti virov in energije. Po besedah Saßmannshausen in Vogela potencial kombinacije procesov še zdaleč ni izčrpan. Z hitrejšimi poligon skenerji, višjimi močmi laserjev in večjimi laserskimi točkami je mogoče znatno povečati hitrost površin. Zainteresirani industrijski partnerji so vabljeni, da skupaj z raziskovalno ekipo Fraunhofer ILT sprejmejo korake optimizacije.
Kontakt:
