ESU-Mitgliederversammlung/ESU-General Meeting Lübeck 2008

Neues aus dem Mitgliederkreis - aus dem Markt / News from the members - from the market
In figure 1 the basic principle of a fiber laser is displayed.
The ratio of fiber surface to active core volume allows for
a outstanding heat dissipation, which is required for a
high beam quality [Tünnermann 2005]. Excitation energy
is introduced directly at the fiber ends, which necessary
for creation of laser radiation. The optical output power
can be increased by bundling of several fibers. Emitted
laser light can be guided through optical fibers to the
machining location, thus neglecting inflexible beam delivery
systems. Ferrous material shows high absorptivity
for the typical light wave-length of 1,060 to 1,080 nm
and thereby exquisite processing capabilities.
Fiber lasers for laser material
processing are due to their
simple and compact build
unsusceptible to mechanical
effects and facilitate freedom
of maintenance. Efficiencies
higher than 20 per cent, a
life span of more than 50,000
hours and a small footprint
make fiber lasers a very costeffective
beam source. Moreover,
typical properties are a fast signal control and infinite
adjustment of output power.
Continuous enhancements of fiber lasers allow even
higher potential in laser material processing (table 1),
since new beam sources become available that have
ideal beam properties (single-mode) and output powers
in the range of single-figure kilowatts. Further increase
of output powers of multi-mode lasers opens up potentials
for example in welding applications.
Figure 1: Basic principle of fiber lasers [Source: Tünnermann 2005]
Abbildung 1: Prinzipdarstellung eines Faserlasers [Quelle: Tünnermann 2005]
Table 1: Output powers of fiber lasers in 2008 [Source: IPG Photonics]
Application of fiber lasers in material processing
The competitive advantage of companies can be increased
in all areas of material processing by use of
cutting-edge beam sources. Such applications are for
example laser cutting, laser joining or laser generating,
which significantly increase productivity through high
quality, flexibility and information integration.
Laser cutting
The tool laser allows high quality edges in cutting applications
by selective and concentrated appliance of
energy, which results in a small heat-affected zone. In
such a manner, metal sheets with a thickness of more
than 30 mm can be cut wear-free with high precision.
Conventionally, laser cutting machines use rigid optics
with cutting heads that hover in small distance to the
work piece and are moved by linear motors to its processing
location.
However, processing speed is limited by the mechanics
of the linear motors. By using laser remote cutting sys-
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max. power beam quality application
serlaser das aktive Medium aus einer Faser mit einem
Durchmesser in der Größenordnung wenigen hundertstel
Millimeter. In Abb. 1 ist eine Prinzipdarstellung eines
Faserlasers gezeigt. Das Verhältnis von Faseroberfläche
zum aktiven Kernvolumen erlaubt eine hervorragende
Wärmeabfuhr, die für gute Strahlqualitäten notwendig
ist [Tünnermann 2005]. Die Pumpenergie, notwendig
zu Erzeugung der Laserstrahlung, wird über die Faserendflächen
eingekoppelt. Durch Bündelung mehrerer
einzelner Fasern können höhere Laserausgangsleistungen
erreicht werden. Das emittierte Laserlicht kann
über Lichtleitfasern ohne eine starre Strahlführung zum
Bearbeitungsort gelenkt werden.
Eisenwerkstoffe weisen
bei der typischen Lichtwellenlänge
der Faserlaser von
1.060 - 1.080 nm eine hohe
Absorptionsrate und somit
gute Bearbeitungsmöglichkeiten
auf.
Faserlaser für die Lasermaterialbearbeitung
erlauben
durch ihren einfachen und
kompakten Aufbau einen wartungsfreien Betrieb, da
sie unempfindlich gegenüber mechanischen Einflüssen
sind. Mit Wirkungsgraden über 20 Prozent, einer typischen
Lebensdauer von über 50.000 Stunden und der
geringen Stellfläche stellen Faserlaser eine sehr wirtschaftliche
Strahlquelle dar. Die heutigen Faserlaser erlauben
zudem eine schnelle Ansteuerung und eine stufenlose
Veränderung der Ausgangsleistung.
Durch die Weiterentwicklung der Faserlaser eröffnet sich
< 5 kW single-mode precision cutting, spot welding,
freeform fabrication
< 50 kW multi-mode welding, brazing, hardening
ESU-MAGAZINE Dezember 2008
Innovationspotential in der Materialbearbeitung (siehe
Tabelle 1), da nun Strahlquellen mit idealen Strahleigenschaften
(single-mode) und Ausgangsleistungen im
einstelligen Kilowattbereich verfügbar sind. Mit der weiteren
Steigerung der Leistung von multi-mode Strahlquellen
sind Potentiale z. B. in der Schweißbearbeitung
gegeben.
Anwendung von Faserlasern in der Materialbearbeitung
Durch den Einsatz innovativer Strahlquellen kann die
Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen in allen Bereichen
der Materialbearbeitung gesteigert werden. Dazu
gehören Anwendungen wie das Lasertrennen, das
Laserfügen und das Laserurformen, die durch Qualität,
Flexibilität und hohe Informationsvernetzung die Produktivität
maßgeblich erhöhen.
Lasertrennen
Das Werkzeug Laser erlaubt durch die gezielte und konzentrierte
Einbringung der Energie eine hochqualitative
Schneidkante mit einer nur kleinen Wärmeeinflusszone.