Ein typisches Laser-Schweißsystem kann Produktionsgeschwindigkeiten erreichen, die 4–5 Mal höher sind als bei Verfahren mit Wolfram-Inertgas (TIG) und Metall-Inertgas (MIG). Dank des berührungslosen Betriebs reduziert sich der Platzbedarf in der Fertigung sowie die Wartungskosten erheblich.
Laser-Schweißlösungen verfügen zudem über eine Vielzahl etablierter Technologien zur Prozessüberwachung, mit denen jede einzelne Schweißnaht hinsichtlich ihrer Qualität individuell bewertet werden kann. Die erhöhte Geschwindigkeit, der reduzierte Platzbedarf und die Rückverfolgbarkeit der Qualität machen Laser-Schweißen zur idealen Lösung für Branchen wie die Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie Elektronikfertigung – und ermöglichen die Produktion komplexer, hochwertiger Komponenten.
Wie können Sie das volle Potenzial der Lasertechnologie für Ihre Anwendung ausschöpfen? Der Schlüssel liegt in der Entwicklung des Laserprozesses – und darin, die passende Hardware sowie die optimalen Prozessparameter zu finden, um Ihr Design erfolgreich zu validieren.
Was ist ein Laserprozess?
Ein Laser ist eine konzentrierte Form von kohärentem, monochromatischem Licht. Er ist ein Werkzeug, mit dem Energie schnell auf einen kleinen Punkt fokussiert wird, um Materialien gezielt zu bearbeiten. Die Wellenlänge des Lasers ermöglicht die gezielte Bearbeitung unterschiedlicher Materialtypen.
Ein Laserprozess im Kontext der Automatisierung ist eine standardisierte Routine, bei der die Maschine anhand definierter Eingabeparameter ein Bauteil oder eine Baugruppe bearbeitet. Die Auswahl der geeigneten Laserleistung, Spotgröße, Wellenlänge und Interaktionszeit ermöglicht verschiedene Fertigungstechniken wie Schweißen, Bohren, Schneiden, Ätzen, Reinigen, Sublimation und fortschrittlichen 3D-Druck.
Die Vielseitigkeit der Lasertechnologie macht sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in zahlreichen Branchen und treibt Innovation und Effizienz in der Fertigung voran.
In der Batterieproduktion für eMobility und Energiespeichersysteme kommen Laser zum Einsatz, um Batteriemodule, Laschen und Gehäuse zu schweißen und dabei starke und zuverlässige Verbindungen sicherzustellen.
Elektronikhersteller nutzen Laser für das Ätzen und Löten, während die Luft- und Raumfahrtindustrie Laser für den 3D-Metalldruck komplexer Bauteile verwendet.
Vorteile der Nutzung von Laserprozessen
Laserprozesse bieten erhebliche Vorteile – insbesondere in Bezug auf Geschwindigkeit und Anpassungsfähigkeit. Durch ihren berührungslosen Charakter ermöglichen sie schnelle und präzise Bearbeitungen, ohne den Verschleiß, der bei traditionellen Verfahren auftritt. Dies führt zu geringeren Wartungskosten, da Laser in der Regel keine Verbrauchsmaterialien benötigen.
Im Vergleich zu konventionellen Verfahren wie dem TIG-Schweißen sind Laserprozesse genauer und reproduzierbarer. Anwendungen, die früher als herausfordernd galten – etwa das Schweißen von Kupfer auf Kupfer oder von unterschiedlichen Metallen – lassen sich mit Lasertechnologie problemlos umsetzen.
Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten im Produktdesign, da vormals schwierige Prozesse nun realisierbar sind – und fördert Innovationen in Branchen wie eMobility, Unterhaltungselektronik, Automobilindustrie und Luft- und Raumfahrt.
Die Bedeutung von Vorrichtungen und Spanntechnik
Vorrichtungen und Spannsysteme spielen eine entscheidende Rolle für die Qualität von Laserschweißnähten und die Wiederholbarkeit des Prozesses – denn man kann keine Luft schweißen! Sorgfältig konstruierte Vorrichtungen und Spannlösungen sind erforderlich, um Bauteile während des Schweißprozesses sicher zu positionieren und einen engen Kontakt zwischen den zu verbindenden Komponenten sicherzustellen.
Fehlerhafte Spanntechnik kann den Laser-Schweißprozess erheblich beeinträchtigen. Eine Fehlstellung kann dazu führen, dass Bauteile außerhalb ihrer Positionstoleranz geschweißt werden. Ein lockerer Sitz kann Luft (Porosität) in die Schweißnaht einbringen und die Wärmeübertragung zwischen den oberen und unteren Schweißschichten verhindern. Dies kann zu unvollständigen oder schwachen Schweißnähten führen, was strukturelle Schwächen und eine beeinträchtigte Produktintegrität zur Folge hat.
Schlechte Spanntechnik kann zudem zu Prozessvariabilität führen, wodurch reproduzierbare Ergebnisse schwer zu erzielen sind. Die Folge sind mangelhafte oder fehlerhafte Schweißnähte, höhere Ausschussraten und steigende Produktionskosten.
Um diese Probleme zu vermeiden, sind maßgeschneiderte Vorrichtungs- und Spannlösungen, die auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sind, unerlässlich – sie optimieren den Schweißprozess und sorgen für konsistente, zuverlässige Ergebnisse.
ATS Industrial Automations Ansatz zur Entwicklung von Laserprozessen
Unser Ansatz zur Entwicklung von Laserprozessen beginnt mit einem umfassenden Verständnis der Kundenanforderungen – darunter die verwendeten Materialien, die gewünschte Schweißfestigkeit, Toleranzen und die spezifischen Anforderungen der Anwendung. Sobald diese Parameter klar definiert sind, entwickelt ATS einen maßgeschneiderten Prozess und erstellt eine Probeanlage , um die Lösung zu testen und zu optimieren, bevor sie in die Serienproduktion überführt wird.
- Erste Tests mit repräsentativen Materialproben, um die Laserparameter festzulegen. Dabei handelt es sich typischerweise um einen einfachen „Bead-on-Plate“-Test, bei dem zwei repräsentative Rohmaterialien (Platten) zusammen gespannt und mit einer geraden Schweißnaht verbunden werden.
- Versuche an Einzelteilen, um den Prozess im kleinen Maßstab zu validieren. In diesem Schritt prüfen die ATS-Experten den Prozess und spannen mehrere Teile nacheinander ein.
- Hochskalierung zur Bearbeitung mehrerer Teile, um sicherzustellen, dass Produktionsgeschwindigkeit und -volumen erreicht werden. Spanntechnik, Vorrichtungen und Prozesse werden entsprechend angepasst, um eine Vielzahl von Teilen zu integrieren und zu validieren, dass die Parameter für Einzelteile skalierbar sind.
Sobald die Prozesse validiert sind wie [SA1] gelingt der Übergang vom Labor zur Serienproduktion?
Integration in die gesamte Montagelinie
Die Integration in die Montagelinie ist ein entscheidender Aspekt bei der Entwicklung von Laserprozessen.
Das Ziel eines Laserprozesses sollte nicht sein, ihn lediglich im Labor zum Laufen zu bringen – sondern in einer Produktionsumgebung, rund um die Uhr, sieben Tage die Woche. ATS stellt sicher, dass die im Labor gewonnenen Erkenntnisse zur Spanntechnik auch in die Serienproduktion übertragbar sind.
ATS entwickelt Lasersysteme zur nahtlosen Interaktion mit vollautomatisierten Anlagen durch:
- Sicherstellung, dass die Spanntechnik das Bauteil zuverlässig und reproduzierbar für den Laser positioniert.
- Gewährleistung, dass Bauteile innerhalb der vorgesehenen Taktzeit in das Lasersystem ein- und ausgeführt werden können.
- Einsatz fortschrittlicher Bildverarbeitungssysteme zur präzisen Lokalisierung des Bauteils.
- Verwendung von In-Prozess-Schweißüberwachungstechnologien zur Qualitätssicherung der Schweißungen.
Warum einen Automatisierungspartner für die Entwicklung von Laserprozessen wählen?
Die Zusammenarbeit mit einem Automatisierungsunternehmen wie ATS Industrial Automation bei der Entwicklung von Laserprozessen bietet zahlreiche Vorteile.
Zum einen haben Sie die Flexibilität, die beste Technologie auszuwählen, ohne an einen bestimmten Anbieter gebunden zu sein. So wird sichergestellt, dass die am besten geeignete Laserausrüstung für Ihre Anforderungen ausgewählt wird.
Darüber hinaus liefern Automatisierungspartner mehr als nur Equipment:
Ganzheitliche Lösungen integrieren die Lasertechnologie nahtlos in das gesamte Montage-Ökosystem und sorgen dafür, dass alle Komponenten effektiv zusammenarbeiten.
Bei ATS bringen wir unsere Expertise in hochpräziser Hochgeschwindigkeitsautomatisierung ein.
Unser Team ist spezialisiert auf die Entwicklung von Laserprozessen und Spannsystemen, die schnell, präzise und vollständig in die Montagelinie integrierbar sind.
Ein hochwertiger Laserprozess erfordert eine frühzeitige Entwicklung
Der Erfolg bei der Entwicklung von Laserprozessen beginnt mit einer frühzeitigen Einbindung.
Die frühzeitige Klärung typischer Fragen zu Laserschweißen, Materialkompatibilität und Präzision schafft klare Erwartungen und bildet eine solide Grundlage für das Projekt.
Eine frühzeitige Beteiligung am Bauteildesign hilft dabei, Herausforderungen zu identifizieren und Konstruktionen für die Laserkompatibilität zu optimieren, sodass Materialien, Materialstärken und Geometrien mit dem Laserprozess abgestimmt sind.
Die Zusammenarbeit mit ATS Industrial Automation im Vorfeld ermöglicht es unseren Experten, maßgeschneiderte Vorrichtungs- und Spannlösungen zu entwickeln, die hochwertige und reproduzierbare Ergebnisse liefern und gleichzeitig wertvolles Feedback zum Produkt- oder Bauteildesign geben.
Dieser proaktive Ansatz ermöglicht eine nahtlose Integration des Laserprozesses in die Montagelinie und führt zu einem effizienten, zuverlässigen Fertigungsprozess.
Jedes Projekt ist einzigartig. Wir möchten uns Ihre Herausforderungen anhören und Ihnen mitteilen, wie Sie Ihr Projekt durch Automatisierung rechtzeitig auf den Weg bringen können.
Ben Thayer
Global Systems Engineering Manager
ATS Industrial Automation
Ben has over 15 years of experience helping companies across numerous industries automate their assembly systems. He's a proactive problem-solver with a passion for learning and exploring new technologies.
