Neuigkeiten – Die wichtigsten Anwendungsgebiete von Lasern in der Industrie

Seit ihren Anfängen in den 1960er Jahren hat sich die Lasertechnologie aufgrund ihrer hohen Energiedichte, guten Richtwirkung und Kontrollierbarkeit rasant zu einem Schlüsselwerkzeug in der industriellen Fertigung entwickelt. Verglichen mit traditionellen mechanischen Bearbeitungsverfahren bietet die Laserbearbeitung signifikante Vorteile wie berührungsloses Arbeiten, hohe Präzision und einen hohen Automatisierungsgrad und findet breite Anwendung in der industriellen Fertigung, beispielsweise beim Schneiden, Schweißen, Markieren, Bohren und der additiven Fertigung. Je nach Lasertyp und Prozesscharakteristika lässt sich die industrielle Laserbearbeitung in drei Hauptkategorien unterteilen: Laserschneiden, Laserschweißen und additive Laserfertigung. Jedes Verfahren zeichnet sich durch seinen spezifischen Wirkmechanismus und Anwendungsbereich aus.

Laserschneiden

Laserschneiden zählt zu den ausgereiftesten industriellen Laseranwendungen. Dabei wird ein Hochleistungslaserstrahl eingesetzt, um Materialien zu schmelzen und zu verdampfen. In Kombination mit einem Hilfsgas wird die Schlacke abgeführt, wodurch ein effizientes und präzises Schneiden ermöglicht wird. CO₂-Laser und Faserlaser sind derzeit die gängigsten Geräte und eignen sich zum Schneiden von mittelstarken und dünnen Blechen aus Materialien wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Aluminiumlegierungen. Die Vorteile dieser Technologie liegen im schmalen Schnittspalt, der kleinen Wärmeeinflusszone, dem Verzicht auf Formen und der Möglichkeit, die Bearbeitungswege schnell zu ändern. Sie eignet sich besonders für anspruchsvolle Branchen wie die Automobilindustrie, die Blechbearbeitung und die Luft- und Raumfahrt.

In der Automobilfertigung wird Laserschneiden zur Herstellung verschiedenster Bauteile eingesetzt, von Karosserieteilen bis hin zu Motoren. Beispielsweise werden Faserlaser für das hochpräzise Schneiden von hochfesten Stahlbauteilen verwendet, wodurch eine Gewichtsreduzierung der Automobile erreicht wird.

(2) Auch die Luft- und Raumfahrtindustrie profitiert von der Laserschneidtechnologie, insbesondere bei der Herstellung komplexer Bauteile aus modernen Werkstoffen wie Titan und Verbundwerkstoffen. So lassen sich beispielsweise mit ultraschnellen Lasern Titanlegierungsbauteile mit komplexen Formen schneiden, wobei thermische Schäden minimiert und die strukturelle Integrität der Bauteile gewährleistet werden. Dies verbessert die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von Luft- und Raumfahrtkomponenten erheblich.

Laserschweißen

Beim Laserschweißen werden Metallwerkstoffe durch das schnelle Aufschmelzen eines Laserstrahls verbunden. Es zeichnet sich durch tiefen Einbrand, hohe Geschwindigkeit und geringen Wärmeeintrag aus. Gängige Schweißverfahren sind das kontinuierliche Laserschweißen und das Pulslaserschweißen, die sich für das Präzisionsschweißen dünner Bleche und für Anwendungen mit tiefem Einbrand eignen. Im Vergleich zum Lichtbogenschweißen weisen Laserschweißnähte eine höhere Festigkeit und geringere Verformung auf und finden Anwendung in Bereichen wie der Batterieverpackung, dem Schweißen von Edelstahlkomponenten und der Fertigung von Strukturbauteilen für Kernkraftwerke. Insbesondere in der Batterieherstellung hat sich das Laserschweißen zum Standardverfahren entwickelt.

(1) In der Automobilindustrie wird das Laserschweißen zum Verbinden von Karosserieteilen, Motorkomponenten und anderen kritischen Bauteilen eingesetzt. Beispielsweise werden Faserlaser für das hochpräzise Schweißen von hochfesten Stahlbauteilen verwendet, um starke und dauerhafte Verbindungen herzustellen.

(2) In der Elektronikindustrie wird das Laserschweißen für die hochpräzise Verbindung kleiner und feiner Bauteile eingesetzt. Beispielsweise werden Diodenlaser zum Schweißen von Batteriezellen in Lithium-Ionen-Akkus verwendet, um die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen zu gewährleisten.

(3) In der Luft- und Raumfahrtindustrie nutzt die Boeing 787 Dreamliner Laserschweißtechnologie, um Titanlegierungen und Verbundwerkstoffe zu verbinden. Dadurch wird die Anzahl der Nieten deutlich reduziert, das Rumpfgewicht gesenkt und die Treibstoffeffizienz verbessert.

LasertechnologieAls wichtige Säule der modernen Fertigung erweitert die Laserbearbeitung kontinuierlich ihre industriellen Anwendungsbereiche. Aktuell entwickelt sie sich in Richtung höherer Leistung, höherer Präzision und der Integration mehrerer Prozesse, beispielsweise beim Laser-Lichtbogen-Verbundschweißen, der ultraschnellen Laser-Mikrobearbeitung und intelligenten Laserüberwachungssystemen. Mit dem stetigen Fortschritt von Hochleistungs-Halbleiterlasern, intelligenten Steuerungssystemen und umweltfreundlichen Fertigungskonzepten wird die Laserbearbeitung auch zukünftig eine Schlüsselrolle in der intelligenten Fertigung, bei personalisierten Produkten und der Bearbeitung extrem anspruchsvoller Materialien spielen.