Лазерный мир

Проект Fraunhofer ILT eVerest разрабатывает лазерный станок, который в три раза увеличивает производительность инструментов для автомобильных деталей.

Уменьшенная постобработка и создание эффектов избирательной полировки с помощью лазерной очистки USP.

Автопроизводители используют различные методы для эмбоссирования  пластиковых панелей для салонов автомобилей. Но изготовление инструментов, необходимых для этой цели, обычно занимает очень много времени.

Теперь новая лазерная машина утраивает скорость производства этих инструментов, позволяя создавать более сложные конструкции. Экспертиза, необходимая для различных компонентов и процессов, была разработана в рамках проекта «eVerest» в сотрудничестве с партнерами из исследований и промышленности.

Ключевой целью автомобильной промышленности является создание интерьеров автомобилей, которые создают впечатление превосходного качества. Например, чем тоньше текстура пластиковых поверхностей, тем ближе они могут создать вид кожи или других высококачественных материалов. Поставщикам автомобилей требуется несколько минут, чтобы изготовить такую поверхность.

Производство металлических инструментов, необходимых для этой цели, занимает значительно больше времени, обычно до четырех недель на саму конструкцию инструмента. Трехмерное текстурирование либо вытравливается на инструменте в десятки отдельных шагов, либо создается с помощью лазерного процесса со скоростью абляции в области приблизительно 1 мм3 / мин. Исследовательский проект eVerest позволил пяти компаниям и трем исследовательским институтам объединить усилия для радикального улучшения технологии лазерного структурирования с достижимым разрешением в микрометровом режиме.

«Наша цель состояла в том, чтобы сделать процессы намного быстрее и одновременно добиться еще более высокого качества текстурирования», — комментирует Андреас Бреннер из Института лазерных технологий им. Фраунгофера (F-ILT), подводя итоги целей проекта.

Технология, разработанная eVerest, позволяет в 3 раза быстрее обрабатывать систему изготовления инструмента.

Увеличенная мощность лазера

Чтобы оптимизировать процессы, инженеры проверили эффективность всех компонентов. Значительный прогресс был достигнут за счет сокращения «мертвого времени» на траектории сканирования. Чтобы достичь этого, команда проверила новые алгоритмы и работала с учеными из Университета прикладных наук Мюнстера, которые оценили ряд концепций для высокодинамичной фокусировки с использованием выпуклых пьезо-зеркал. В конечном итоге им удалось утроить производительнось с помощью инновационной технологии сканирования, разработанной Scanlab.

Исследователи также вывели лазерную технологию на новый уровень. Лазеры с ультракороткими импульсами (USP) известны своей точностью в нанометровом режиме. Поэтому команда eVerest решила включить источник USP в дополнение к стандартному наносекундному лазеру.

Лазеры USP были ранее подвергнуты критике за их низкую производительность. В этом случае, однако, инженеры-технологи Fraunhofer ILT использовали мощный, активно охлаждаемый волоконно-оптический лазер USP от Amphos — дочерней фирмы Fraunhofer ILT и входящей в группу Trumpf с 2018 года — для получения той же скорости абляции на ватт как и та, что предлагает наносекундный лазер . Лазер USP позволяет снизить шероховатость поверхности до менее чем 0,5 мкм.

Обеспечение качества также является ключевым моментом как во время, так и после обработки, и команда оценила две системы OCT (optical coherence tomography, оптическая когерентная томография) с волоконно-оптической связью от Precitec Optronik для этой цели. Встроенная система обеспечивает разрешение 5 мкм, в то время как постобработка достигает всего 1 мкм.

Программное обеспечение для моделирования позволяет пользователям просматривать поверхность с лазерной структурой.

Уменьшенная переделка

Отдельные компоненты были включены в машину на базе Lasertec 125 от DMG Mori. Разработчики преследовали две основные цели: во-первых, чтобы машина была простой в эксплуатации, не требовала специальных знаний об используемых технологиях, и, во-вторых, чтобы количество процессов было сведено к минимуму. Простота процессов представляет собой одно из основных преимуществ по сравнению с травлением, которое часто все еще зависит от навыков  и ловкости оператора станка.

Программное обеспечение играет ключевую роль в обеспечении простоты использования полностью автоматического восьмиосевого станка. Команда RWTH Aachen University разработала специальные инструменты, которые позволяют пользователям точно моделировать нужные структуры на поверхностях и визуализировать их внешний вид в режиме реального времени.

Новая система управления процессом машины также позволяет последовательно выполнять несколько задач в одном зажиме. Инженеры Fraunhofer ILT подали патентную заявку на технологию лазерной полировки USP, разработанную в рамках проекта eVerest.

Быстрое лазерное структурирование

Сам процесс в настоящее время тестируется в сотрудничестве с партнерами в Volkswagen, но потенциальные применения основных технологий выходят далеко за рамки автомобильной промышленности. От валиков для тиснения в полиграфической промышленности до больших подшипников для валов ротора в ветряных турбинах, структурированные и функциональные поверхности требуются в широком спектре отраслей.

«Детальное понимание процесса важно для любого приложения. Ключ заключается в том, чтобы объединить это с модификациями технологии процесса и комплексного программного обеспечения управления », — сказал Андреас Бреннер, подводя итоги подхода проектной группы.

Проект eVerest на LASER 2019

С 24 по 27 июня посетители выставки смогут узнать больше о результатах этого совместного исследовательского проекта на LASER World of Photonics 2019в Мюнхене на объединенном стенде Fraunhofer.

Источник: http://optics.org/news/10/5/11