Laserentgraten erhöht Qualität von Bauteilen
Laserschmelze beseitigt Mikrodefekte aus der mechanischen Bearbeitung der Kanten.
Grate an Schnitt- und Stanzkanten von Blechen erhöhen das Verletzungsrisiko, verursachen oft Kabelschäden und zerkratzte Oberflächen. Schon deshalb ist es sinnvoll, Kanten zu entgraten. Geschieht dies per Laser, steigt obendrein die Dauerfestigkeit der Bauteile, lassen sich Kanten gezielt verstärken – und die Neigung zur Rissbildung sinkt. In einigen Großserienprozessen der Automobilindustrie hat sich das Entgraten per Laser im letzten Jahrzehnt etabliert. „Doch das Potenzial dieser Technologie ist längst nicht ausgeschöpft“, sagt Edgar Willenborg, Experte für Laserpolitur und Laserentgraten am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik. Dabei sei das Entgraten gerade bei Blechen unkompliziert, hebe die Bauteilqualität – und mit Bearbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu zwölf Metern pro Minute sei es zudem schnell und effizient.
Prinzipiell ist das Entgraten geboten, um Verletzungsrisiken zu minimieren. Zudem sind scharfkantige Grate an Schnitt- und Stanzkanten oft die Ursache für beschädigte Kabel und zerkratzte Oberflächen. Für die Grat-Beseitigung waren bisher meist mechanische Verfahren im Einsatz. Doch Forschungen des Fraunhofer-ILT zeigen, dass Laserverfahren hier klare Vorteile haben. Der Prozess selbst ist unkompliziert. „Der Laserfokus muss die Blechkante stirnseitig treffen und voll abdecken“, erläutert Willenborg. Dort bringt der fokussierte Lichtstrahl die Metallkante samt Grat kurzzeitig zum Schmelzen. Durch die Oberflächenspannung zieht sich das flüssige Metall dann von selbst glatt. So bildet sich eine abgerundete Kante. „Durch alternative Prozessführung ist es möglich, die Kante nicht nur abzurunden, sondern gezielt zu verstärken“, sagt der Experte. Dafür erhöhe man die Leistung des Lasers. Dieser zusätzliche Energieeintrag schmelze mehr Material auf, das sich wie ein verstärkender runder Saum um die Kante lege.
Die glatten runden Kanten beugen sowohl Schnittverletzungen als auch Kabel- und Oberflächenbeschädigungen vor. Doch das Laserverfahren kann mehr. Es hinterlässt defektfreie Kanten. „Daraus resultieren klare Vorteile in der Dauerfestigkeit und im mechanischen Umformverhalten der Blechbauteile“, betont Willenborg. Versuche mit hochfestem Stahl belegen, dass dessen Dauerfestigkeit infolge des Laserentgratens um 220 Prozent zunimmt. Zugleich stieg auch der Umformgrad bis zum Kantenriss um 240 Prozent. Der Experte erklärt die positiven Effekte damit, dass durch die Laserschmelze jegliche Mikrodefekte aus der mechanischen Bearbeitung der Kanten beseitigt werden. Solche für das bloße Auge unsichtbaren Vorschäden seien oft die Startpunkte für eine Rissbildung.
Ein weiterer großer Vorteil des Laserentgratens gegenüber mechanischen Verfahren besteht laut Willenborg darin, dass keinerlei Schleifstäube entstehen. Denn anstatt es abzutragen, wird das überschüssige Material nur kurz aufgeschmolzen. Auch das trägt dazu bei, dass das Laserentgraten vergleichsweise einfach in bestehende Prozessketten und Fertigungsumgebungen integrierbar ist. Wo die Integration praktikabel ist, stellen sich die Vorteile schnell ein. „Gerade für hochbelastete Bauteile ist das Laserentgraten ratsam“, betont er. Als Beispiel nennt er Fahrwerksteile: Die erhöhte Dauerfestigkeit im Kantenbereich erlaubt es deren Herstellern, sie dünner und damit gewicht- und letztlich kraftstoffsparend auszulegen.
Geht es um umgeformte 3D-Blechbauteile, lässt sich der Laser auf Roboter montieren. Hierbei ist es ein Vorteil, dass zum Entgraten ohnehin fasergekoppelte Diodenlaser im Einsatz sind. Die Standard-Laser im nah-infraroten Wellenlängenbereich sind laut Willenborg zudem günstig und gut verfügbar.
Fh.-ILT / RK
