Thu Oct 17 2019

10 17

Laser structureert metaaloppervlak

21/03/2017

Door Ad Spijkers

In de automobielbouw krijgen steeds meer oppervlakken een microstructuur. Of het nu in de cilinder of op de armsteun ligt, er is vraag naar functionele oppervlakken. Lasers zijn door hun hoge nauwkeurigheid geschikte werktuigen.


     

Om ook de gewenste productiviteit te krijgen, wordt momenteel een machine ontwikkeld die met twee verschillende soorten pulsen ook grote oppervlakken efficiënt kan bewerken. Lasers met ulrakorte pulsen (UKP) zijn al enkele jaren veelbelovend voor micro materiaalbewerking. Onafhankelijk van het materiaal kunnen ze naukeurig tot in het micrometerbereik werken. Vaak laat voor industriële toepassing alleen de snelheid nog te wensen over.

Tot nu toe probeert men deze conflicterende doelen op te lossen met meer laservermogen, snellere scalles of verdelen van de laserstraal in meerdere deelstralen. Een consortium uit onderzoek en industrie bewandelt een andere weg. De partners ontwikkelen een lassermachine die alleen voor de allerfijnste delen een exacte UKP-laser gebruikt. De rest doet een productievere nanosecondelaser.

Lasermachine voor automobielbouw

Bij een blik in het interieur van een auto zorgen fijne structuren voor een gevoel van stijl. Lange tijd domineerde leer, intussen doen ook fijne, eerder technische structuren hun intrede. Dergelijke driedimensionale structuren worden meestal via spuitgieten gemaakt.

De daarbij behorende matrijzen met nauwkeurigheden in het micrometerbereik worden vaak nog via fotochemisch etsen vervaardigd. De afzonderlijke stappen worden meermaals herhaald, vereisen veel 'Fingerspitzengefühl' bij de betreffende matrijzenmaken en zijn niet reproduceerbaar.

Met een laser kan het ook. Speciale nanosecondenlasers bereiken een vergelijkbare capaciteit als het etsen. Wat betreft nauwkeurigheid bereiken ze echter hun grenzen. Ze brengen het materiaal tot de smeltfase, wat juist bij kleinere structuren tot onscherpe contouren leidt.

De UKP-laser met pulsen van picoseconden zijn niet zo snel, maar kunnen wel voor hoge nauwkeurigheid zorgen. Het doel van het gezamenlijk project eVerst is een combinatie van pico- en nanosecondenimpulsen. Daarbij moet de complete machine- en systeemtechniek worden ontwikkeld tot efficiënte productie van groot formaat 3D matrijzen voor design-oppervlakken.

De bewerking gebeurt in twee stappen. Eerst wordt met een nanosecondenpulsen een basisstructuur gegenereerd (foto onder rechts). Daarna wordt de fijne afwerking gerealiseerd met nauwkeurige picosecondenpulsen (links).

Fraunhofer ILT laserstructuren 2 780

Gebruiken zonder kennis

In het project werken onderzoekers van twee universiteiten en diverse industriële partners samen. Daarbij is de hele keten vertegenwoordigd, van laserfabrikanten via system integratoren tot en met autofabrikanten. Tijdens de looptijd van het project wordt vanaf de software via de laser tot en met het machineconcept met een 8-assige simultane bewerking een complete oplossing ontwikkeld.

Een bijzondere wens van het project is, dat de machine is te gebruiken zonder wezenlijke kennis van de feitelijke technologie. Daarmee wordt een duidelijke stap voorwaarts ten opzichte van het al genoemde Fingerspitzengefühl bij het etsen nagestreefd. Uiteindelijk moet de nauwkeurig te besturen lasertechniek een volautomatische productie mogelijk worden. (foto's: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), Aken)