ANWENDUNGSSPEZIFISCHE UND INTEGRIERTE STRAHLABLENKLÖSUNGEN

Behalten Sie die Kontrolle über Ihren Laserprozess 

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AUF EINEN BLICK - KERNAUSSAGEN


Lasertechnologie ist ein wichtiger Bestandteil in der sich schnell entwickelnden Automobil- und E-Mobility- Fertigung. Allerdings stoßen die Hersteller bei der Verwendung von Standardlasermaschinen, aber auch bei kundenspezifischen Spezialmaschinen regelmäßig auf große Herausforderungen. Denn diese Maschinen bieten oft nur eingeschränkten Zugriff auf die Prozessparameter oder wenig Flexibilität für zukünftige Anpassungen. Hier bietet die Integration anwendungsspezifischer, hochintegrierter Strahlablenkeinheiten eine gute Lösung. Diese Systeme sind auf die spezifischen Anforderungen zugeschnitten und können ohne aufwendiges Engineering integriert werden. Dank Hardware- und Softwareschnittstellen bieten sie höchste Flexibilität und umfassende Steuerungsmöglichkeiten. So ermöglichen sie den Herstellern eine gezielte Optimierung der Laserprozesse und verschaffen ihnen einen strategischen Vorteil in einem sich schnell entwickelnden Markt.

  • Innovation braucht Flexibilität: Im Automobilbau und der E-Mobilität wird die Produktion kontinuierlich auf Qualität und Effizienz optimiert. Dieser ständige Innovationsdruck treibt den Einsatz moderner Produktionstechnologien wie Laserschweißen und -schneiden voran, erfordert aber gleichzeitig eine hohe Flexibilität bei der Prozessentwicklung mit diesen Technologien.
  • Standard- und kundenspezifische Lasermaschinen gewähren oft nur eingeschränkten Zugang zu wichtigen Prozessparametern: Dadurch sind sie nicht flexibel genug für künftige Anpassungen. Das erschwert die Umsetzung eines optimalen Schweißprozesses für kritische Komponenten wie z. B. in der Batterieproduktion.
  • Anwendungsspezifische, integrierte Lösungen bieten Flexibilität und Kontrolle: Speziell für die Verwendung im Automotive- und E-Mobilitätssektor entwickelte Strahlablenkeinheiten verfügen über hilfreiche Hard- und Softwarefunktionen. Gleichzeitig bieten sie eine einfache Integration und hohe Anpassungsfähigkeit, die für modernste Fertigungsprozesse erforderlich sind.
  • Das Potenzial in der Fertigung ausschöpfen: Durch die Verwendung anwendungsspezifischer integrierter Lösungen behalten die Ingenieure die Kontrolle über die Prozessparameter. Es verbessert sich die Produktionsqualität, die Kosten sinken und die Wettbewerbsfähigkeit wird sichergestellt.

MODERNE LASERTECHNOLOGIEN ALS INNOVATIONSFAKTOR IN DER AUTOMOBIL- UND E-MOBILITÄTSBRANCHE

In der Automobil- und Elektromobilitätsbranche ist das Streben nach Innovation, Effizienz und Nachhaltigkeit schon immer stark ausgeprägt. Es gilt, hochspezifische Teile zu produzieren, die nicht nur den strengen Qualitätsstandards entsprechen, sondern auch den einzigartigen Konstruktions- und Materialanforderungen von Elektrofahrzeugen und Hybridsystemen gerecht werden. 

Die komplexen Baugruppen für Batterien, Elektromotoren und Strukturkomponenten von Elektrofahrzeugen erfordern Prozesse, die sich an unterschiedliche Materialien und Geometrien anpassen lassen, ohne dass die Belastbarkeit oder Effizienz beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund setzen Unternehmen zunehmend auf Laserschweiß- und -schneidtechnologien als entscheidende Komponenten ihrer Fertigungsprozesse. 

Doch die Umsetzung solch optimal angepasster Laserprozesse erfordert nicht nur modernste Lasermaschinen, auch der direkte Zugang zu den Prozessparametern wird immer wichtiger, genauso wie die Flexibilität, zusätzliche Sensoren oder Geräte einzubinden. 

Deshalb steht die Automobil- und Elektromobilitätsbranche hier vor einer doppelten Herausforderung: einerseits innovative Lasertechnologie einzuführen und so die erforderliche Flexibilität und Präzision für ihre spezifischen Anwendungen zu ermöglichen und andererseits eine zuverlässige Serienproduktion sicherzustellen. Und diese Aufgabe muss bewältigt werden, um mit der rasanten Entwicklung der Branche und der wachsenden Nachfrage nach elektrischen und hocheffizienten Fahrzeugen Schritt zu halten.
 

HERAUSFORDERUNGEN BEI DER OPTIMIERUNG VON LASERMASCHINEN FÜR PRODUKTIONSPROZESSE 

Angesichts der speziellen Anwendungen in der Automobilherstellung werden hier typischerweise hochspezialisierte Lasermaschinen nötig. So ist beispielsweise beim Schweißen von Batteriepacks eine präzise Steuerung von Laserintensität, -geschwindigkeit und -pfad wichtig, um eine optimale Schweißnahtfestigkeit und -integrität zu erreichen. Denn die Präzision des Bearbeitungsschritts hat direkten Einfluss auf die Qualität und Sicherheit des Endprodukts. 

Hier gilt es Lösungen zu finden, die eine solch präzise Abstimmung des Produktionsprozesses erlauben und gleichzeitig für eine zuverlässige Serienfertigung geeignet sind. Doch regelmäßig geraten Standard-Lasermaschinen hier an ihre Grenzen.

Standard-Hardware limitiert häufig Prozessverbesserungen

Verfügbare Standardmaschinen zur Lasermaterialbearbeitung bieten meist nur begrenzten Zugang zu den kritischen Prozessparametern. Diese verwenden ein standardisiertes Maschinenkonzept, das sich auf Kosteneffizienz und Benutzerfreundlichkeit konzentriert. Da der Preis der Komponenten mit der Leistungsfähigkeit steigt, werden bei diesen „One-fits-all-Systemen“ in der Regel nicht die Bauteile ausgewählt, die die höchste Performance oder Flexibilität bieten, sondern die Komponenten, die für die meisten Anwendungen ausreichend sind. Entsprechend enthalten Standard-Lasermaschinen in der Regel auch Strahlablenkeinheiten und Optiken, die auf die Standardanforderungen an Dynamik, Höchstgeschwindigkeit oder Laserleistung ausgelegt sind. 

Um das zu umgehen, lassen einige Unternehmen kundenspezifische Lasermaschinen entwickeln, in denen Hardwarekomponenten speziell für eine bestimmte Anwendung ausgewählt und verbaut werden. Auf diese Weise können die Produktionsanforderungen sehr genau abdeckt werden. Allerdings sind solche Lasermaschinen individuelle Einzellösungen und berücksichtigen meist keine zukünftigen Produktionsentwicklungen oder sich ändernden Prozessanforderungen.

Software verwehrt häufig den Zugriff auf Prozessparameter

Die Software verkompliziert diese Situation weiter, da sie aus Sicherheitsgründen und aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit den Zugang zu detaillierten Parametereinstellungen einschränkt. Um Fehlbedienungen oder Schäden zu vermeiden, sind typischerweise nur grundlegende Parameter zugänglich. Das erschwert ein Experimentieren mit dem Laserprozess und die Weiterentwicklung und Verbesserung der Fertigungsprozesse. 

Doch das präzise Einfahren der Prozessparameter ist insbesondere bei Bauteilen, die eine hohe Präzision erfordern, von entscheidender Bedeutung. So ist beispielsweise beim Schweißen von Batteriemodulen ein präziser Energieeintrag sowohl für die Performance als auch die Sicherheit wichtig ist. Und der kann nur durch ein exaktes Abstimmen der Laser- und Scan-Einstellungen erreicht werden.

Fehlende Schnittstellen schränken Erweiterung ein

Auch die Möglichkeiten Standardmaschinen und kundenspezifische Lösungen mit neuen Hardware- und Softwarefunktionen zu erweitern, sind häufig begrenzt. Oft sind das Gehäuse und der Strahlengang nicht für eine Erweiterung ausgelegt und es gibt nur wenig Spielraum, zusätzliche Optiken zur Prozessüberwachung oder Strahlmodulation zu integrieren. 

Das Gleiche gilt für die Software, die meist als geschlossene Lösung konzipiert oder individuell programmiert wurde. Folglich ist es schwierig, auf Daten der Maschine zuzugreifen oder externe Steuersignale von zusätzlichen Sensoren zu integrieren. 

Solche fehlenden Erweiterungsmöglichkeiten hinsichtlich neuer Funktionen wie zusätzlicher Sensoren, Überwachungssysteme oder Softwaretools stellen einen erheblichen Nachteil bei der Verwendung von Standard-Lasermaschinen dar. Denn ohne beträchtliche Neuinvestitionen ist es meist nicht möglich, die Anlage an neue Entwicklungen oder Prozessverbesserungen anzupassen.
 

aNWENDUNGSSPEZIFISCHE HOCHINTEGRIERTE STRAHLABLENKEINHEITEN FÜR IHRE LASERSCHWEISSANLAGE

Um das Dilemma der fehlenden Anpassungsfähigkeit und Skalierbarkeit zu lösen, ist es notwendig, zukünftige Prozessanpassungen vorauszusehen. Dadurch wird es möglich, solche Aspekte bei den Anforderungen an die Ausgangsmaschine zu berücksichtigen und die notwendige Flexibilität zur Optimierung Ihres Laserprozesses zu schaffen. Dabei spielen die Strahlablenkeinheit und der Strahlengang als Schlüsselkomponenten jeder Laserschweißmaschine eine bedeutende Rolle. Es ist daher wichtig, dass diese die geforderte Flexibilität in den Spezifikationen bieten und über die notwendigen Hard- und Softwareschnittstellen verfügen.

Integriertes Systemkonzept für unkomplizierte Maschinenimplementierung

Je anspruchsvoller der Prozess wird, desto höher sind die Anforderungen an die Laseroptik und die Strahlablenkung. Deshalb ist es wichtig, auf die Entwicklung hochintegrierter Strahlablenkeinheiten statt auf den Verkauf einzelner Komponenten zu setzen.

Beispielsweise kombiniert die RAYLASE AXIALSCAN FIBER-Serie optische Komponenten für Faserkopplung, Strahlkollimation und Fokussieroptik in einem staubdichten Gehäuse speziell für Produktionsumgebungen. Dabei kümmern sich Expertenteams sowohl um die Entwicklung und Auswahl der optimalen Komponenten als auch um die Produktion des Systems im Reinraum. Auf diese Weise entsteht eine Scan-Lösung, die eine optimale Ausrichtung aller optischen Komponenten gewährleistet und gleichzeitig für raue Produktionsumgebungen ausgelegt ist.

Optimiert auf einen Anwendungsbereich

Um eine Strahlablenkeinheit für mögliche Prozessänderungen vorzubereiten, ist ein tiefes Wissen über die Prozesse und aufkommende Technologien notwendig. Dazu muss man im ständigen Austausch mit Branchenexperten stehen und deren Herausforderungen bei der Implementierung neuer Ansätze kennenlernen. Mit diesem Wissen können die integrierten Scan-Systeme bis ins kleinste Detail optimiert werden, z. B. durch die Anpassung von Komponenten des Scansystems an neu verfügbare Laserquellen wie Ringmode-Laser oder strahlformende Optiken, oder durch die Einführung einer neuen optischen z-Achse zur schnellen und präzisen Steuerung des Fokuslevels beim Schweißen dünner Bleche. So kann sichergestellt werden, dass die Strahlablenkeinheiten die optimale Performance für ihre jeweilige Aufgaben liefern, wie beispielsweise das Schweißen von Batteriegehäusen, Hairpins oder anderen Motorkomponenten und Leichtbauelementen. 

Prozessoptimierung ist aber nicht nur eine Frage der Hardware. Nur mit abgestimmter Software kann der Laserprozess optimiert werden. Aus diesem Grund umfassen integrierte Lösungen eine passende Steuerkarte und außerdem eine Software-Suite, die bereits viele Funktionen enthält, die für die Prozessoptimierung im Automobil und E-Mobilitätssektor erforderlich sind. So kann beispielsweise die Laserleistung automatisch rampenförmig geregelt werden, um Schmelzpunktunregelmäßigkeiten oder Durchstiche bei dünnen Blechen zu vermeiden. Oder es kann eine geschwindigkeitsabhängige Lasersteuerung genutzt werden, um auch bei komplizierten Schweißbahnen einen konstanten Energieeintrag zu gewährleisten. 

Durch das Berücksichtigen neuster Entwicklungen in der Laserprozesstechnik sind anwendungsspezifische Strahlablenkeinheiten wie der RAYLASE AXIALSCAN FIBER RD-30 für die meisten technologischen Neuerungen auf dem Markt bestens gerüstet und bieten viele Möglichkeiten, Ihren Laserprozess zu verbessern und zu erweitern.
 

Einfache Erweiterbarkeit durch Standardschnittstellen und unterstützende Tools
 

Eine weitere Stärke dieser branchenspezifischen, hoch integrierten Strahlablenkeinheiten liegt in ihrer Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit. Mit Standardschnittstellen und einem umfangreichen Portfolio an Hardware- und Software-Erweiterungen können diese Geräte leicht an sich verändernde Fertigungsanforderungen angepasst und entsprechend erweitert werden. 

Ob es um die Integration einer Schmelzbadüberwachung für eine verbesserte Qualitätskontrolle geht oder um das Hinzufügen fortschrittlicher Software für eine bessere Prozessautomatisierung - die Flexibilität von Lösungen wie dem AXIALSCAN FIBER RD-30 gewährleistet, dass die Laserprozesse kontinuierlich optimiert und verfeinert werden können. 

Darüber hinaus existiert eine Vielzahl von Tools, die bei der weiteren Prozessoptimierung unterstützen. Beispielsweise ermöglicht der RAYLASE Process Data Analyzer (PDA) eine detaillierte Analyse der ScanParameter und Sensordaten. Und der Scan Field Calibrator (SFC) bietet eine hochpräzise Kalibrierung. Zusammen stellen sie sicher, dass jedes Bauteil nach den höchsten Standards gefertigt wird. 

 

EINFACHERE PROZESSOPTIMIERUNG UND VERBESSERTE QUALITÄT

Durch den Einsatz moderner Laserbearbeitungstechnologien können in der Fertigung eine höhere Produktqualität und geringere Produktionskosten erreicht werden. Damit kann die Wettbewerbsfähigkeit auch auf den sich schnell entwickelnden Automobil- und E-Mobilitätsmärkten gesichert werden. 

Die Integration von anwendungsspezifischen, hochintegrierten Strahlablenkeinheiten in Laserschweiß- und Laserschneidprozesse eröffnet dabei neue Möglichkeiten für die Fertigung, denn nun wird es möglich, die Kontrolle über die Prozessparameter und dadurch volle Flexibilität bei der Optimierung der Produktion zu erhalten. 

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Automobil- und E-Mobilitätsbranche wird der Bedarf an Präzision, Effizienz und kundenspezifischen Fertigungsprozessen immer mehr an Bedeutung gewinnen. Hier stellen anwendungsspezifische, integrierte Strahlablenkeinheiten mit ihren Erweiterungsmöglichkeiten eine zukunftsfähige Lösung dar, die im Ergebnis nicht nur Prozessverbesserungen ermöglicht, sondern auch hilft, die Standards für Laserschweiß- und Laserschneidtechnologien neu zu definieren.

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Fred Faity

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