15.10.2018

Fünf wegweisende Laser-Anwendungen

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik präsentiert Neu­ent­wick­lungen auf der EuroBLECH.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen steht wegen einer Viel­zahl an Projekten immer öfter vor der Qual der Wahl: Welche Inno­va­tionen sollen auf einer Industrie­ausstel­lung vor­ge­stellt werden? Auf der anste­henden Messe EuroBLECH präsen­tiert das Fraun­hofer-ILT fünf weg­weisende Ent­wick­lungen zu allen wichtigen Trends zeit­gemäßer Blech­bearbei­tung – vom hybriden Leicht­bau bis hin zum multi­funktio­nalen Laser­roboter­einsatz mit inte­griertem digi­talem Zwilling.

Abb.: MultiPROmobil ist ein multi­funktio­naler Laser-Bearbei­tungs­kopf, der inno­va­tive Blech­bau­gruppen durch inte­griertes Schneiden, Schweißen und Generieren von addi­tiven Struk­turen ermög­licht. (Bild: Fh.-ILT)

Für alle fünf Verfahren gibt es einen gemeinsamen Nenner: Sie stehen für ver­schie­dene Ansätze agiler, laser­ge­stützter Ferti­gung, die den Spagat zwischen Flexi­bi­lität und Produk­ti­vität schaffen. Gefragt ist dieser Spagat besonders beim hybriden Leicht­bau und der Elektro­mobi­lität, zwei wesent­liche Trends in der Blech­bearbei­tung. „Die Laser­technik ist im Zusammen­spiel mit der Digita­li­sierung eine prädes­tinierte Lösung, um in vola­tilen Märkten ständig schwan­kende und nicht mehr vorher­sag­bare Los­größen wirt­schaft­lich produ­zieren zu können“, erklärt Dirk Petring, Gruppen­leiter Makro­fügen und Schneiden am Fraun­hofer-ILT.

Zu diesem Anspruch passt das Leitmarkt-Projekt MultiPROmobil: Das von Nord­rhein-West­falen geför­derte Vor­haben startet im Oktober und wird vom Fraun­hofer-ILT koordi­niert. Ein Roboter und ein multi­funktio­naler Laser-Bearbei­tungs­kopf sollen durch cleveres Zusammen­spiel inte­griertes Schneiden, Schweißen und das Generieren von addi­tiven Struk­turen ermög­lichen. Unter­stützt werden sollen sie von einem digi­talen Zwilling sowie intelli­genter Aus­legungs- und Simu­la­tions­soft­ware. MultiPROmobil soll den zeit­lichen Auf­wand für die Inbetrieb­nahme um dreißig Prozent und Stück­zahl­kosten sowie Ressourcen­ver­brauch um mindes­tens zwanzig Prozent senken.

„In einer nachfolgenden Ausbaustufe soll eine Fertigungs­anlage mit mehreren Robotern ent­stehen, in der jeder ein­zelne Roboter alle drei Ferti­gungs­diszi­plinen beherrscht“, so Petring. „Damit lassen sich Prozess­ketten für die Herstel­lung von Blech­bau­gruppen gerade mit Blick auf die schritt­weise Ein­füh­rung der E-Mobi­lität sehr flexibel und skalier­bar gestalten.“ Aktuell arbeiten die Projekt­teil­nehmer daran, den Kombi­kopf so weiter­zu­ent­wickeln, dass er ohne Optik- und Düsen­wechsel zwischen Schneiden, Schweißen und nun­mehr auch addi­tiven Pro­zessen beliebig wechseln kann.

Ein weiteres Highlight ist das flexible Hochgeschwindig­keits­schneiden von Blech­bändern: Zusammen mit dem Fraun­hofer-ILT hat Honda in seinem Werk im japa­nischen Yorii das bis­herige Stanzen von bis zu 1,8 Meter mal 4,0 Meter großen Stahl­blechen mit einer Dicke von 0,5 bis 2,3 Milli­meter durch einen extrem schnellen Laser­schneid­prozess ersetzt, der mit einer Geschwin­dig­keit von bis zu 115 Metern pro Minute arbeitet. Honda erreicht mit dem Laser­schneid­system seit der Ein­füh­rung im Jahr 2015 eine Aus­brin­gung von 18.700 Karos­serie­teilen pro Tag. „Wir berichten in Hannover über den näch­sten Schritt hin zu einem sehr schnellen Schneid­prozess für diffe­ren­ziert gewalztes Band mit partiell unter­schied­lichen Eigen­schaften, den wir aktuell zusammen mit dem Unter­nehmen Bilstein in Hagen reali­sieren“, berichtet Petring. „Werkzeug­lose Ferti­gung beliebig variier­barer Schnitt­konturen und maxi­male Material­ein­sparung im Ferti­gungs­prozess sowie hin­sicht­lich des späteren Bau­teil­gewichtes sind aus­schlag­gebende Argu­mente. Wir werden nicht nur ein Video zum Prozess zeigen, sondern auch erste mit unserem Ver­fahren her­ge­stellte Form­platinen.“

Um den Leichtbau-Trend zu ultrahochfesten Stählen geht es im Projekt der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen, das von der Forschungsvereinigung Stahlanwendung getragen wird: Im Rahmen von FAAM – das Kürzel steht für: Weiter­ent­wick­lung, füge­tech­nische Absiche­rung und tech­nische Aus­legung von Schweiß­ver­bin­dungen mit marten­si­tischen Chrom­stählen – ent­wickelt das Fraun­hofer-ILT mit seinen Partnern Laser­schweiß­ver­fahren, die es an unter­schied­lichen Bau­teilen erprobt. Als Demon­strator dient beispiels­weise ein laser­gerecht konstru­iertes Stoß­fänger­modul, an dem die Forscher vor­führen, wie sich unter­schied­liche hoch- und ultra­hoch­feste Werk­stoffe in Hybrid­bau­weise laser­schweißen lassen.

Die optimale räumliche und zeitliche Einstellung des Temperatur­felds spielt die Haupt­rolle bei den aktu­ellen Forschungen auf dem Gebiet der Laser­wärme­behand­lung. In Hannover zeigt das Fraun­hofer-ILT, wie sich durch Anpassen des Strahl­profils mit­hilfe eines Frei­form­spiegels Bereiche und Zonen gezielt und lokal bearbeiten lassen, um so defi­nierte Festig­keits­profile zu erzeugen. Um die Laser­wärme­behand­lung prozess­sicher und kosten­effi­zient mit kurzen Takt­zeiten zu reali­sieren, arbeiten die Forscher mit deut­lich erhöhten Vorschub­geschwin­dig­keiten.

Das fünfte Exponat, ein Dachspriegel, erhielt in Chicago im Juni 2018 bei einem JEC-Event den „Future of Compo­sites in Trans­porta­tion 2018 Inno­va­tion Award“ für das Bau­teil, das im Rahmen des BMBF-Projekts HyBriLight ent­stand. Als Vor­lage kam ein Original­teil eines Fahr­zeugs der BMW 7er-Serie zum Ein­satz: ein Hybrid­bau­teil mit faser­ver­stärkter Kunst­stoff­strebe und metal­lischen Anbin­dungs­ele­menten zur Karos­serie. Als Alter­native zum bisher ein­ge­setzten Kleben und Nieten ver­wenden die Forscher des Fraun­hofer-ILT einen laser­basierten Füge­prozess, der Kunst­stoff und Metall per Form­schluss und Adhäsion mit­ein­ander ver­bindet. Außerdem wurden die Material­kosten durch Nutzung von GFK statt des teureren CFK deutlich redu­ziert. Letz­teres wird jetzt nur noch als festig­keits­stei­gernde Ein­lage an den Längs­seiten der Strebe ver­wendet.

Mit einem innovativen Laserschneidprozess, der die Bearbeitung des Material­ver­bundes aus GFK und CFK in einem Arbeits­schritt erlaubt, wird der Dach­spriegel abschlie­ßend besäumt. Für die Inno­va­tion sprechen mehrere Plus­punkte: Redu­zie­rung der Prozess­zeiten im Ver­gleich zu konven­tio­nellen Ver­fahren um siebzig Prozent, Halbie­rung der Roh­stoff­kosten und die Inte­gra­tion mehrerer Prozess­schritte in einen Prozess. In Hannover zeigt das Fraun­hofer-ILT die neue Dach­spriegel­variante, an deren Material­mix aus GFK, CFK und Metall die viel­sei­tigen Einsatz­möglich­keiten der Laser­bearbei­tung zum Fügen und Schneiden von komplex auf­ge­bauten Bau­teilen demon­striert werden.

Fh-ILT / RK

ContentAd

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Die HiPace 10 Neo ist ein effizienter, kompakter Allrounder für den Prüfalltag, der geräuscharm und besonders energieeffizient ist.

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Meist gelesen

Themen