A kemény anyagokból és kerámiákból, mint például volfrám-karbid, készült szerszámok különösen kopásállóak. Azonban a gyártásukhoz használt szerszámok gyorsabban kopnak - hacsak a szerszám nem fény. A Fraunhofer ILT kutatói most egy olyan folyamatláncot fejlesztettek ki, amely lehetővé teszi a kemény anyagú alkatrészek formázását és polírozását egy ultrakurzpulzusos (UKP) lézerrel anélkül, hogy a szorítást meg kellene változtatni.
Fúrók, marósapkák, hengerek vagy kerámiai kemény anyagokból készült stancolási betétek nemcsak élesek, hanem jelentősen tovább is bírják. De bár a kopásállóságuk pozitívan hat a gyártás idejére, problémás a szerszámok gyártása során. Mert azok a szerszámok, amelyeket a formázásukhoz és felületkezelésükhöz használnak, a használt keverék-karbid keményfémekben, cermetekben és kerámiákban koptatják a fogakat. Ennek megfelelően magas a kopás, ha a gyártók mechanikai megmunkálási módszereket alkalmaznak.
UKP-lézer működik, ahol a mechanikai eljárások határokba ütköznek
Ez másképp van az ultrarövid lézerimpulzusokkal. Már a piacon elérhető UKP-lézerek, 20-40 watt teljesítménnyel, képesek hatékonyan eltávolítani a szerszámgyártásban használt kemény anyagokat. Ahol a néhány pikoszekundumos, nagyenergiájú impulzusok a felületekre érkeznek, az anyag elpárolog. Mivel ez MHz tartományú frekvenciákon történik, a lézeres anyageltávolítás felületi sebessége akár 100 cm²/perc is lehet. De ezzel a formázó párolgással az UKP-megmunkálás potenciálja még nem merült ki.
A Fraunhofer ILT lézertechnikával foglalkozó intézet kutatói egy olyan folyamatláncot fejlesztettek ki, amelyben ugyanaz az UKP-lézer végzi a formázó anyageltávolítást és a szerszámfelületek utólagos polírozását. »Az UKP-lézer egy univerzális szerszám, amellyel különböző megmunkálási lépéseket valósítunk meg, részben ugyanabban a szorításban«, mondja Sönke Vogel, a Fraunhofer ILT 3D-strukturálási csoportvezetője, aki a módszert Astrid Saßmannshausennel, a transzparens anyagok strukturálásáért felelős csoportvezetővel közösen fejlesztette ki.
A folyamatlépések összekapcsolásának kulcsa a lézer paraméterezésében rejlik: Míg az anyageltávolítás nagy impulzusenergiával és alacsony ismétlési sebességgel történik, a polírozás éppen ellenkezőleg. Az UKP-lézer akár 50 MHz impulzusfrekvenciával energiát juttat a munkadarab felületére, amely ott felhalmozódik, és a legfelső 0,2 - 2 mikrométert megolvasztja. Az anyag nem párolog el, hanem egy olvadási filmet képez, amely a felületi feszültség következtében simává húzódik, és a lehűlés során megszilárdul. A felületi tulajdonságok is a folyamatvezetés által szabályozhatók. »Az UKP-lézerpolírozással például lehetséges a mikro-egyenetlenségek simítása a makroszkopikus struktúrák megőrzésével«, magyarázza Saßmannshausen. Ezenkívül a lézeres eljárással bonyolult 3D-felületek mikrométeres pontossággal is polírozhatók. A kiválasztott területek szelektív polírozása is lehetséges, hogy a felületi tulajdonságokat célzottan helyileg állítsák be, vagy csak a szükséges területeket polírozzák, ami időt takarít meg. Az UKP-polírozás így egy még precízebb és helyben alkalmazható megközelítést ad a felületpolírozáshoz a lézermakro- és mikropolírozáshoz.
Hatékony eljárás ipari kemény anyagok megmunkálásához
A folyamatigényektől függően a lézerpolírozás felületi sebessége 10-100 cm²/perc között mozog, és így szinte lépést tart a megelőző anyageltávolítás felületi sebességeivel. »A két folyamat kombinálása egy lézerrel ugyanabban a szorításban lehetővé teszi a vállalatok számára, hogy meglévő UKP-lézereikkel bővítsék ajánlatukat, vagy jelentősen felgyorsítsák a megtérülést egy új beszerzés után«, magyarázza Saßmannshausen.
Főként azonban alkalmas arra, hogy a mechanikai eljárásokat felváltsa a kemény anyagok megmunkálásában, ezzel véget vetve a gyártás során fellépő hatalmas szerszámkopásnak. Ez nemcsak a költségek csökkentéséhez, hanem konkrétan a forrás- és energiahatékonyság növeléséhez is hozzájárul. Saßmannshausen és Vogel szerint a folyamatkombináció potenciálja még messze nincs kihasználva. Gyorsabb poligon-scannerekkel, nagyobb lézer teljesítményekkel és megnövelt lézersugarakkal a felületi sebességek jelentősen növelhetők. Az ipari partnereket arra hívják, hogy közösen dolgozzanak a Fraunhofer ILT kutatócsoportjával az optimalizálási lépéseken.
Kapcsolat:
