10.08.2020

Filigranes Laserschneiden

Hybrides Fertigungsverfahren ermöglicht Präzisionsbearbeitung von dünnwandigen Metallbändern.

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Laser­technik ILT entwickelt. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungs­projekts ScanCut zusammen mit Industrie­partnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungs­verfahren zum Laser­schneiden von dünn­wandigen Metall­bändern erarbeitet, mit dem sich auch winzige Details von Kontakt­teilen umwelt­freundlich, hochpräzise und effizient fertigen lassen. 
 

Abb.: Schnittfuge nach Wendelschneiden auf einem Metallblech (Bild: Fh.-ILT)
Abb.: Schnittfuge nach Wendelschneiden auf einem Metallblech (Bild: Fh.-ILT)

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steck­verbindern im Auto, über die Signal- und Steuerströme fließen. Bisher entstehen diese Kontakt­teile etwa bei der Kostal Kontakt Systeme GmbH in Lüdenscheid im klassischen Stanz-Biege-Prozess. Das altbewährte mechanische Verfahren stößt jedoch zunehmend an seine Grenzen, denn gefragt sind wegen der gesteigerten Anzahl an Verbindungs­elementen deutlich kleinere Steck­verbinder, deren Kontaktteile im Zuge der Miniaturisierung immer filigranere Strukturen aufweisen. 

Insbesondere bei der Erzeugung von Kontaktierungs­bereichen mit mehreren unabhängig voneinander federnden Kontakt­punkten auf kleinstem Bauraum eröffnet das Laser­schneiden bislang nicht zu realisierende Design-Optionen. Dabei stützt die Redundanz der Kontakt­punkte die gerade im Bereich der Signalübertragung trotz kleinster Kontakt­systeme geforderte elektrische Robustheit. Eine weitere Ergänzung ist das Wendelbohren mit Ultrakurzpulslasern: Das patentierte Verfahren des Fraunhofer ILT hat sich bereits bei Präzisions­mikro­bohrungen mit großem Aspekt­verhältnis in Stahl, Glas und Keramik bewährt. Für das Wendelbohren spricht die Präzision: Der Fokus­durchmesser beträgt 25 Mikrometer – bei einer Rauheit an den Bohr­lochwänden von weniger als 0,5 Mikrometern. Die hohe Qualität wird aber nur bei geringer Prozess­geschwindigkeit erreicht. 

Doch lässt sich das bewährte Verfahren auch zum Schneiden von Blech­teilen einsetzen? Wie lässt sich die Prozess­geschwindigkeit erhöhen, damit es auch für die Serien­produktion infrage kommt? Unter dieser Fragestellung starteten Kostal und das Fraunhofer ILT mit der Amphos GmbH und der Pulsar Photonics GmbH aus Herzogenrath das Verbund­projekt ScanCut, das mit Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung EFRE und des Landes NRW gefördert wurde. „Im Projekt setzten wir unsere Wendel­bohroptik zusammen mit einem Multi­strahl­modul der Pulsar Photonics GmbH und einer HighPower-Strahl­quelle der Amphos GmbH ein“, erklärt Jan Schnabel, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Gruppe Mikro- und Nano­strukturierung am Fraunhofer ILT. „So ließen sich die Präzision und Qualität des Wendel­bohr­prozesses mit der Produktivität einer Multi­strahl­bearbeitung kombinieren.“ 

Bei der Amphos GmbH wurde eine HighPower-Strahlquelle basierend auf der InnoSlab Technologie, mit einer Ausgangs­leistung von 300 Watt bei einer Pulsenergie von drei Millijoule entwickelt. Die hohe Pulsenergie ist nötig bei einer Teilung des Laserstrahls auf bis zu zwanzig Einzelstrahlen. Doch zunächst untersuchten die Projektpartner bei Tests mit zwei- bis sechs­facher Strahl­teilung, ob der Multi­strahl­ansatz funktioniert. 

In einem Folgeprojekt wollen die Pulsar Photonics GmbH und das Fraunhofer ILT die Wendelschneid-Technologie mit Multi­strahl­ansatz weiter­entwickeln, auch die im Projekt gewonnen Erkenntnisse zur Entwicklung von HighPower-Strahl­quellen werden zum Ausbau des Portfolios der Amphos GmbH eingesetzt.

Besonderes Augenmerk legten die Projektpartner auf die Automatisier­barkeit. „Wir haben elektrisch verstellbare Spiegel- und Optikhalter implementiert, um automatische Strahllagen-Justage zu ermöglichen“, sagt Schnabel. „Nun lässt sich dank einer entsprechend programmierten Software-Routine die Justage der Wendel­bohroptik per Knopfdruck starten, ohne dass ein Mitarbeiter von uns anreisen muss.“

Fh.-ILT / DE
 

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