Als Auftragsfertiger mit 40 Jahren Erfahrung in der Laserbearbeitung hat Covi Precision ein breites Spektrum an Technologien und Kompetenzen für das Schneiden, Markieren, Abtragen und Schweißen erworben. In diesem Beitrag konzentrieren wir uns auf die Technologie, die gemeinhin als Ultrakurzpuls (USP) bekannt ist, genauer gesagt auf Femto-Pulse.
USP bezieht sich auf die Länge von Lichtimpulsen mit einer Dauer von weniger als 10-9 Sekunden, auch bekannt als Nanosekunden. Pulslängen, die darüber liegen, werden üblicherweise als Kurzpulse (SP) bezeichnet. Der Unterschied zwischen den beiden wird relevant, wenn man die Vorteile betrachtet, die die kürzeren Pulslängen (USP) für die Laserbearbeitung mit sich bringen.
USP, mit Femto (10-15 Sekunden) als der derzeit kürzesten kommerziell erhältlichen Pulslänge, ersetzt keineswegs die Laser mit längeren Pulsen oder macht sie überflüssig, sondern bietet im Vergleich zu SP-Lasern einige einzigartige zusätzliche Funktionen. Für viele Anwendungen sind SP-Laser jedoch nach wie vor die bevorzugte Lösung, da sie oft schneller und kostengünstiger sind und gleichzeitig eine Präzision und Qualität bieten, die der von USP nahe kommt. In Verbindung mit der Nachbearbeitung kann dies einige der Vorteile von USP ausgleichen.
1. Was soll also der Hype um...
Laienhaft ausgedrückt, setzt USP dort an, wo SP-Laser aufhören, und verschiebt die Grenzen dessen, was mit Laserbearbeitung erreicht werden kann. Mehr noch als SP hebt sie die Laserbearbeitung als überlegene Technologie für die Hochpräzisionsfertigung in Fällen hervor, in denen Stanzen, EMD, Ätzen oder andere Technologien sonst als Alternative erscheinen könnten.
Kurz gesagt, der Hauptunterschied besteht darin, dass die kürzere Pulslänge die Verdampfung des Materials und nicht sein Schmelzen gewährleistet.
Dies steht im Gegensatz zum SP-Schneideverfahren, bei dem nur ein Teil des Materials im Schnitt verdampft und der Rest mit Hochdruckgas entfernt werden muss.
Doch dieser scheinbar kleine Unterschied bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich:
1.1.1 Bearbeitbarkeit einer breiteren Palette von Werkstoffen
Während SP-basierte Technologien für die Bearbeitung einer Reihe von Materialien verwendet werden können, sind sie in der Regel sehr materialbeschränkt, wenn sie in einer bestimmten Einrichtung/Maschine eingesetzt werden. USP/Femto hingegen verarbeitet mit seinen kurzen Impulsen und seiner hohen Energieintensität nicht nur eine größere Bandbreite an Materialien, sondern ist auch weit weniger durch eine bestimmte Einrichtung eingeschränkt. Eine USP/Femto-basierte Maschine bearbeitet daher in der Regel eine breite Palette von Materialien - wie Metalle, Elastomere, Glas, Keramik, Saphir oder sogar Diamanten - in ein und derselben Anlage. Dies bietet ein hohes Maß an Flexibilität, um spezifische Anforderungen zu erfüllen, und die Möglichkeit, mehrere oder geschichtete Materialien im selben Prozess zu bearbeiten.
1.1.2 Minimale Wärmeeinflusszone (WEZ)
Während hochpräzise SP-Laser mit kleinen Punkten und niedriger Energie dem Metall nur sehr wenig Wärme und eine minimale WEZ zufügen, gehen USP-Laser noch einen Schritt weiter. Da keine herkömmliche Schmelzzone vorhanden ist, wird die Wärmeentwicklung noch weiter reduziert, weshalb diese Technologie auch als Kaltbearbeitung bezeichnet wird. Deshalb wird diese Technologie auch als Kaltumformung bezeichnet. Dadurch entfällt die traditionelle Notwendigkeit, das Material mit Hochdruckgas zu kühlen, was aus Sicht der Bearbeitung das "Übel" ist, das viele der Herausforderungen beim SP-Schneiden mit sich bringt. Neben der Möglichkeit, auch dünnere oder wärmeempfindliche Werkstoffe zu bearbeiten, trägt das Fehlen von Hochdruckgas und Wärmeentwicklung zur Präzision und Leistungsfähigkeit der USP-Laser bei.
1.1.3 Gratfreie Schneiden
Es ist die Schmelzzone beim SP-Schneiden, die das Risiko von erstarrter Schlacke/Grat entlang des Schnitts birgt. Das Fehlen dieser Zone beim USP-Schneiden bedeutet, dass der Schnitt näher an der tatsächlichen Punktgröße liegt und Metallspritzer auf Oberflächen unter oder um den Schnitt herum reduziert werden. Während das SP-Schneiden dem durch Schlichten entgegenwirken kann, bietet das USP-Schneiden einen besonderen Vorteil an Stellen, an denen die Schlacken-/Spritzerschlichtung begrenzt ist. Zum Beispiel bei engen Stellen entlang des Schnitts, Löchern oder im Inneren eines Rohrs.
1.1.4 Höhere Genauigkeit
Präzision und Qualität eines Laserverfahrens werden durch viele andere Faktoren als nur durch die Pulslänge bestimmt. Da USP seine Energie in viel mehr Pulsen pro Sekunde abgibt, kann die Energie, die zum Durchdringen eines Materials benötigt wird, in einem viel kleineren Punkt übertragen werden. In Kombination mit den oben genannten Merkmalen bieten USP-Laser eine Präzision und Qualität, die der von SP-Lasern überlegen ist.
Bei Covis-Lösungen kann dies je nach Anwendung Schnitte im einstelligen Mikrometerbereich bedeuten.
1.1.5 Oberflächenstrukturierung
Mit USP-Lasern können verschiedene Eigenschaften in eine Materialoberfläche eingebaut werden, z. B. Veränderung der Reibung, Veränderung der Rauheit, Einführung hydrophober Eigenschaften und Schaffung diffraktiver optischer Eigenschaften. Femtosekundenlaser ermöglichen diese Umstrukturierung von Oberflächen durch ihre hohe Präzision mit minimalen Auswirkungen auf die WEZ.
1.1.6 Mikrobearbeitung
Die Fähigkeit des USP, Abtragungen durchzuführen, bedeutet, dass er Mikrobearbeitungen vornehmen kann. So kann zum Beispiel eine Nut, Aussparung oder ein Schlitz in einem Rohr, für die sonst Swiss Turning oder Fräsen erforderlich wäre, jetzt nur mit dem Laser geschnitten werden - ohne Schneidwerkzeuge.
1.1.7 Lasergenerierte Schnittkanten/Schneidkanten
Durch die Kombination und Nutzung der Stärken der Femto-Laserbearbeitung ermöglicht die Technologie die Erzeugung von Schneideiern direkt im Schneidprozess, wo bei der SP-Technologie ein anschließender Schleifprozess erforderlich wäre. Dies ist besonders nützlich bei der Bearbeitung von Rohren oder Nadeln, die die Haut durchdringen oder Gewebe oder Flüssigkeiten für Biopsieproben entnehmen sollen.
Sprechen Sie mit Covi Precision darüber, wie diese oder andere Technologien für Ihre Bedürfnisse von Nutzen sein können, oder erkunden Sie die Möglichkeiten auf unserer Website weiter.
Haftungsausschluss: Dieser Artikel befasst sich nur mit dem Begriff Pulslänge oder USP/Femto, der nur einen Bruchteil der Faktoren ausmacht, die eine "Laserbearbeitungslösung" ausmachen.
