Kunststoffverkleidungen im Pkw werden heute mit verschiedenen Verfahren gepr\u00e4gt. Die Herstellung der Werkzeuge daf\u00fcr dauert allerdings extrem lange. Mit einer neuen Lasermaschine geht das dreimal so schnell und dabei werden noch feinere Strukturen m\u00f6glich. Das Know-how f\u00fcr die verschiedenen Komponenten und Prozesse wurde im Projekt \u00bbeVerest\u00ab von Partnern aus Forschung und Industrie entwickelt.<\/b><\/p>\n
Wertigkeit \u2013 das ist es, was beim Blick in das Innere eines Autos vermittelt werden soll. Je feiner die Textur der Kunststoffoberfl\u00e4chen ist, umso n\u00e4her kommt sie der Anmutung von Leder oder anderen hochwertigen Materialien. Ein Zulieferer braucht wenige Minuten f\u00fcr so eine Oberfl\u00e4che, zum Beispiel dauert es nur 60 Sekunden, um eine Instrumententafel per Spritzguss herzustellen.<\/p>\n
Die Herstellung der dazugeh\u00f6rigen Metallwerkzeuge dauert wesentlich l\u00e4nger, \u00fcblich sind bis zu vier Wochen allein f\u00fcr die Strukturerzeugung. Die dreidimensionale Texturierung wird entweder in dutzenden Einzelschritten ge\u00e4tzt oder durch einen Laserprozess mit Abtragraten im Bereich von etwa 1 mm\u00b3\/min erreicht.<\/p>\n
F\u00fcnf Firmen und drei Forschungseinrichtungen haben sich im Forschungsvorhaben eVerest zusammengeschlossen, um die Technologie f\u00fcr das Laserstrukturieren mit Aufl\u00f6sungen im Mikrometerbereich von Grund auf zu verbessern.<\/p>\n
\u00bbEs ging uns darum, die Prozesse deutlich schneller zu machen und dabei sogar noch eine h\u00f6here Qualit\u00e4t der Texturierung zu erreichen\u00ab, fasst Andreas Brenner vom Fraunhofer-Institut f\u00fcr Lasertechnik ILT die Projektziele zusammen.<\/p>\n
F\u00fcr die Optimierung der Prozesse wurden alle Komponenten auf ihre Effizienz untersucht. Ein gro\u00dfer Fortschritt kam durch die Reduzierung von Totzeiten in den Scannerpfaden. Neue Algorithmen wurden daf\u00fcr getestet und verschiedene Konzepte f\u00fcr hochdynamische Fokussierung mittels Piezo-W\u00f6lbspiegeln von der FH M\u00fcnster evaluiert. Am Ende konnte mit der innovativen Scannertechnologie der Firma Scanlab eine Verdreifachung des Durchsatzes erreicht werden.<\/p>\n
Auch bei der Lasertechnik ging es deutlich voran: Laser mit ultrakurzen Pulsen (UKP) sind bekannt f\u00fcr ihre Pr\u00e4zision bis in den Nanometerbereich. Deshalb wurde innerhalb von eVerest zus\u00e4tzlich zum normalen Nanosekunden (ns)-Laser auch eine UKP-Quelle integriert. Das Problem der UKP-Laser war bislang ihre mangelnde Produktivit\u00e4t. Mit einem besonders leistungsstarken UKP-Laser der Amphos GmbH (Spin-off des Fraunhofer ILT und seit 2018 TRUMPF Gruppe) mit einer Kopplung \u00fcber eine aktiv gek\u00fchlte Spezialfaser gelang es den Prozessingenieuren am Fraunhofer ILT, den gleichen Abtrag pro Watt zu erreichen wie mit dem ns-Laser. Die Oberfl\u00e4chenrauheit kann mit dem UKP-Laser auf unter 0,5 \u00b5m reduziert werden.<\/p>\n
F\u00fcr die Qualit\u00e4tssicherung w\u00e4hrend und nach der Bearbeitung wurden zwei fasergekoppelte OCT-Systeme von Precitec Optronik untersucht. Sie erlauben eine Aufl\u00f6sung von 5 \u00b5m (In-Line) oder sogar von 1\u00a0\u00b5m (post process).<\/p>\n
Die einzelnen Komponenten wurden in eine Maschine basierend auf der Lasertec 125 von DMG Mori integriert. Dabei standen zwei Anforderungen im Vordergrund: Zu allererst sollte die Maschine einfach und ohne spezielle Technologiekenntnisse bedienbar sein. Dar\u00fcber hinaus sollte die Zahl der Prozesse m\u00f6glichst auch noch reduziert werden. Die Einfachheit der Prozesse ist ein wesentliches Argument gegen\u00fcber dem \u00c4tzverfahren, wo es oft noch auf das Fingerspitzengef\u00fchl des Bearbeiters ankommt.<\/p>\n
F\u00fcr die einfache Bedienung der voll automatisierbaren 8-Achs-Maschine spielt die Software eine gro\u00dfe Rolle. Das Team der RWTH Aachen entwickelte spezielle Tools, mit denen die gew\u00fcnschten Strukturen auf den Oberfl\u00e4chen genau simuliert und ihre Anmutung in Echtzeit visualisiert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Mit der neuen Prozesssteuerung in der Maschine lassen sich auch mehrere Arbeitsschritte nacheinander in derselben Aufspannung durchf\u00fchren. So kann zum Beispiel eine prozessbedingte schwarze Oxidschicht nach dem Laserstrukturieren mit dem Laser beseitigt werden. Eine im Rahmen des eVerest-Projektes entwickelte Technologie zum UKP-Laserpolieren haben die Ingenieure vom Fraunhofer ILT sogar zum Patent angemeldet. Durch das Aneinanderreihen der Prozesse Laserstrukturieren, Laserreinigen und Laserpolieren entsteht eine photonische Prozesskette.<\/p>\n
Das Verfahren als solches wird jetzt mit Partnern bei Volkswagen erprobt, die Anwendungsfelder der Kerntechnologie gehen jedoch weit \u00fcber die Automobilbranche hinaus. Egal ob es um Pr\u00e4gewalzen f\u00fcr die Druckindustrie geht oder um Gro\u00dflager f\u00fcr die Rotorwellen in Windkraftanlagen \u2013 strukturierte und funktionale Oberfl\u00e4chen sind in verschiedensten Bereichen gefragt.<\/p>\n
\u00bbIm Kern steht dabei immer ein detailliertes Prozessverst\u00e4ndnis. Dazu kommt dann die Anpassung der Prozesstechnik und eine \u00fcbergreifende Steuerungssoftware\u00ab, beschreibt Andreas Brenner den Ansatz des Projektteams.<\/p>\n
\u00dcber die Ergebnisse des Verbundprojektes k\u00f6nnen sich Besucher vom 24. bis 27. Juni auf der Weltleitmesse f\u00fcr Komponenten, Systeme und Anwendungen in der Photonik in M\u00fcnchen informieren: Fraunhofer-Gemeinschaftsstand 431 in Halle A2. Ein Vortrag zum Projekt gibt es im Rahmen des Application Panels \u00bbAutomatisierung von Laserapplikationen\u00ab am 26. Juni von 15:00 bis 17:20 Uhr auf dem PHOTONICS Forum Laser Materials Processing in Halle A3, Stand 545.<\/p>\n
Das Projekt eVerest wurde vom 1.1.2016 bis zum 30.6.2019 vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung gef\u00f6rdert und vom Projekttr\u00e4ger Karlsruhe betreut. Die Projektpartner sind: Sauer GmbH (Koordinator), Amphos GmbH, Scanlab GmbH, Precitec Optronik GmbH, Volkswagen AG, Fraunhofer ILT, Labor f\u00fcr Photonik der FH M\u00fcnster, RWTH-Aachen \u2013 Lehrstuhl f\u00fcr Computergrafik und Multimedia.<\/p>\n
Projekt eVerest: \u00bbMaschinen- und Systemtechnik zur effizienten Herstellung gro\u00dfformatiger 3D-Formwerkzeuge mit Designoberfl\u00e4chen\u00ab<\/p>\n
Quelle: Fraunhofer ILT<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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