Besserer Blick ins Innere
Optimierung von Fertigungsprozessen und Produkten mit Computersimulation.
Das Ziel von Anlagenherstellern und Endanwendern von Laserbearbeitungsmaschinen ist es, die Fertigungsprozesse hinsichtlich Präzision, Zuverlässigkeit, Zeit-, Material- und Kostenaufwand fortlaufend zu optimieren. Dazu bedarf es zunächst der exakten Kenntnis der prozessrelevanten Größen, aus denen sich konkrete Maßnahmen ableiten lassen. Gerade bei Laserfertigungsprozessen sind allerdings wichtige Prozessgrößen in den wenigen Mikrometer kleinen Prozesszonen aufgrund der kleinen Abmessungen und der sehr hohen Temperatur schlecht oder gar nicht messtechnisch zu erfassen.
Abb.: Computersimulation für das Schneiden von Displayglas. (Bild: Fh.-ILT)
Zur Optimierung von Laserprozessen werden daher immer häufiger Computersimulationen eingesetzt. Diese ermöglichen es, in die Prozesse „hineinzusehen“ und sind im Vergleich zu Experimenten leichter automatisierbar und kosteneffizienter. Zudem ist es möglich, in Simulationen Schwankungen und Messunsicherheiten sowohl auszuschließen als auch gezielt zu berücksichtigen. So lassen sich Schlüsselstellen ausfindig machen, Probleme frühzeitig erkennen und lösen. Seit rund zwanzig Jahren befasst sich ein zwölfköpfiges Team hochspezialisierter Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) ausschließlich mit der computergestützten Simulation von Laserprozessen. Dazu steht ihnen ein Hochleistungs-Rechencluster zur Verfügung, der 2010 im Rahmen des Zentrums für Nanophotonik in den eigenen Räumlichkeiten aufgebaut wurde. So können die Aachener Experten komplexe Fragestellungen aus der Lasermaterialbearbeitung mit hoher Auflösung in kurzer Rechenzeit simulieren und konkrete Lösungsansätze ableiten. Beim Laserschneidprozess von Displayglas beispielsweise lassen sich durch die Simulation des Prozesses die Abtraggeschwindigkeit erhöhen sowie Schädigungen im Glas vermeiden.
Fünf Beispiele erfolgreicher Zusammenarbeit mit den Industriepartnern stellen die ILT-Experten auf der Laser World of Photonics vor. Dazu gehören die Simulation des Laserverfahrens zum Schneiden von Displaygläsern mit Ultrakurzpulslasern für Trumpf Lasertechnik, des wasserstrahlgeführten Laserschneidens für SYNOVA sowie die Optimierung des Metallschneidens für Trumpf Werkzeugmaschinen. Dank der Erkenntnisse der Computersimulation am Fraunhofer ILT konnten Laserstrahlquellen für Rofin-Sinar optimiert werden. Im Bereich der Produktoptimierung wurden zudem Freiformlinsen-Prototypen für den Automobilzulieferer Hella berechnet.
„Digital Photonic Production“ (DPP) bezeichnet die laserbasierte Herstellung von Bauteilen oder Produkten nahezu beliebiger Komplexität aus digitalen Daten. Die Technologie reicht von generativen Verfahren bis hin zur Hochleistungs-Ultrakurzpulslasern für die Mikrobearbeitung. Im Unterschied zu konventionellen Fertigungsverfahren werden mit dem Werkzeug Licht sowohl kleinste Stückzahlen als auch komplexe Bauteile kleinster Dimension aus den unterschiedlichsten Materialien kostengünstig hergestellt. Deshalb spricht man im Zusammenhang mit dieser Technologie auch von einer „neuen industriellen Revolution“. Auf Stand 340 in Halle C2 demonstriert das Fraunhofer ILT gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen anhand ausgewählter Beispiele aus den Bereichen Automotive, Luft- und Raumfahrt, Energietechnik, Leichtbau und Medizintechnik sowie dem Konsumerbereich das enorme Potenzial von DPP.
Fraunhofer ILT / CT
