Vortrag als PDF zum Download - RIKO

Laserbearbeitung vonNaturfaserverbund- undHolzwerkstoffen- S. Barcikowski, J. Bunte, H. Haferkamp -

Stammdaten LZHArbeitsgebietVorstandStammdaten:::LasertechnikProf. H. Haferkamp, WerkstofftechnikProf. H.K. Tönshoff, ProduktionstechnikProf. H. Welling, LaserphysikProf. Dr. W. Ertmer, LaserphysikDr.-Ing. A. Ostendorf, Geschäftsführunggegründet 20.06.1986ca. 250 Mitarbeiter,davon 110 wiss. MitarbeiterUmsatz 2000 : ca. 10 Mio €

Mit dem Laser bearbeitete WerkstoffeQuelle Backtaler/ Arlt; Laser Praxis 1994

Prinzip des Laserstrahl-TransmissionsschweißensStrahlquelle:-HL-Diodenlaser-Nd:YAG-LaserFokussierlinseTransparenter Fügepartner:z.B..-Polyamid-Polypropylen-PolyethylenSchweißlinseSpanntechnikAbsorbierender Fügepartner:-Holz:Eiche, Spanplatte-Holzfaser- und Flachsfaserverbundwerkstoff

Transmissionsschweißen von Holzwerkstoffenund KWST a.n.R. mit KunststoffenIndustrialSectorsProcessesTypicalPartsFurniture and WoodworkingIndustryPolymerFeedWood / ChipboardLaser BeamJoin AreaEdge BandingsFeedAutomotive IndustryLaser Beam Join AreaPolymer Wood CompositeDoor FacingsExamples,Products

LaserkonturschnitteStrahlquelleStrahlführungBearbeitungskopf

Komponenten eines Bearbeitungskopfeszum CO 2 -LaserstrahlschneidenLaserstrahlDruckfensterFokussierspiegelBearbeitungskopfmit FokussierlinseGaszufuhrSchneiddüseSchmelzzoneRiefenWerkstückausgeblaseneSchmelze[nach DVS]

Verfahrensvarianten desLaserstrahlschneidensLaserstrahlbrennschneiden• Prozessgas Sauerstoff, exotherme Oxidationsreaktion setzt Energiezusätzlich zur Laserenergie frei• höhere Schneidgeschwindigkeiten als mit nachstehenden Verfahren• Oxidschicht an SchnittflankeLaserstrahlschmelzschneiden• Prozessgas inert (Argon, Stickstoff)• höhere Schneidgeschwindigkeiten als beim Sublimierschneiden• oxidfreie SchnitteLaserstrahlsublimierschneiden• Prozessgas inert• Verdampfung des Werkstoffes vorwiegend aufgrund spezifischenWerkstoffverhaltens bzw. hoher Leistungsdichte (Leistung/Fläche)

Applikationsbeispiele für das Trennen vonWerkstoffen aus nachwachsendenRohstoffen mit CO 2 -Laserstrahlung

maxilmale Vorschubgeschwindigkeit v maxTrenngeschwindigkeiten mit einem500 W sealed-off CO 2 -Laser40m/min302520151050v max=P*A*s -B [m/min]P= Laserleistung [W]s=Materialstärke [mm]B= -1,35 [Konstante als f(Fokussierung)]A= MaterialkonstanteAcryl (PMMA) A=35Polyethylene A=11Polypropylene A=17Polystyrene A=19Nylon A=20ABS und Polycarbonat A=21PVC A=280 2 4 6 8 mm 12Materialstärke s

Schnittfuge und Schnittfläche vonHolzfaser-Acrylat-Verbundwerkstoff5 mmLaserleistung: 500 WSchnittgeschwindigkeit: 16 m/min.Prozessgas: Stickstoff 0,5 MPa

Schnittfuge und Schnittfläche vonHolzfaser-Phenolharz-Verbundwerkstoff5 mmLaserleistung: 500 WSchnittgeschwindigkeit: 11 m/min.Prozessgas: Stickstoff 0,5 MPa

Schnittfuge und Schnittfläche vonFlachsfaser-PP-Verbundwerkstoff5 mmLaserleistung: 500 WSchnittgeschwindigkeit: 7 m/min.Prozessgas: Stickstoff 0,5 MPa

Schnittgeschwindigkeit und -qualitätbei KWST a.n.R. versus AFK und GFKGFK500 W CO 2 -LaserHolzfaserverbund-WSAFKGFK1 mm 1 mm 0,5 mmAFKLignoflaxLignoflexLignoprop0 5 10 15 20maximale Schnittgeschwindigkeit[m/min]

Kosten beim Laserschneiden vonFaserverbundwerkstoff-Formteilenim DreischichtbetriebSchneidkosten incl. Roboter, Laser, Drehtisch, Bearbeitungszelle,Absaugung, FilterSchneidkosten [EUR/m]0,600,500,400,300,200,100,00Maschinenkosten StrahlquelleLohnkostenStromkostenProzessgasLignoprop Lignoflex Lignoflax AFK GFKVerbundwerkstoff

Domänen der Laserstrahlmaterialbearbeitungvon KWST a.n.R.Strahlparameterprodukt1,000mmxmrad101CO -Laser2MarkierenBohrenNd:YAG-LaserFaserlaserdiode laserPolymer undHolz Schweißen LötenSintern,Löten SchweißenBeschriftenSchneidenNichtmetalleFlexografieSchneidenMetalleHärtenAuftragsschw.Tiefschweißen1 10 100 W 10,000LaserleistungNach: Gapontsev (IPG) 2003

Zusammenfassung• Schneiden und Schweißen sind die häufigsten Laseranwendungenmit einem Marktvolumen von ca. 3 Mrd. EUR, wobei Verbundwerkstoffe,Holz und Kunststoffe ca. 30% der Anwendungsfälle darstellen.• Typische Anwendungsfelder des Fügens sind die Möbelindustriesowie das Fügen von Türinnenverkleidungselementen im Automobilbau.• Typische Anwendungsfelder des Trennens sind die Verpackungsindustrie,die Möbelindustrie, sowie das Schneiden vonTürinnenverkleidungselementen im Automobilbau.• Bei 2 – 3 mm Werkstoffdicke werden Trenngeschwindigkeiten von2 – 16 m/min beim Konturschnitt mit 500 W Laserleistung erzielt.• NFV lassen sich mit höheren Schnittqualitäten als GFK oder AFK trennen.• Aus den höheren erzielbaren Schnittgeschwindigkeiten von7 – 16 m/min bei NFV mit 500 W Laserleistung resultieren im Vergleichzu AFK und GFK um 10 – 80% geringere Betriebskosten.• NFV stellen aus technologischer und betriebswirtschaftlicher Sichtinsbesondere im Vergleich zu AFK und GFK eine attraktiveWerkstoffgruppe zur Laserbearbeitung dar.