05/10/2018
Door Ad Spijkers
In het Europese onderzoeksproject UltraSurface ontwikkelt het Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) in Aken samen met negen internationale partners twee nieuwe optieken waarmee laserbehandeling snel aan steeds veranderende werksituaties kan worden aangepast.
De meeste lasermethoden voor oppervlaktebewerking zijn nauwkeurig en goed, maar te langzaam. Dankzij de nieuwe optieken kunnen lasers in de toekomst tot tien keer sneller oppervlakken polijsten, coaten of structureren. Twee nieuwe fiberlaseroptieken voor het nabije infrarood moeten de bewerkingstijd van oppervlakken tot een tiende verminderen en de kosten halveren.
Straalmanipulatie in milliseconden
Eén optiek wordt berekend voor het polijsten en de bewerking van dunne lagen met de laser. Het onderzoeksteam gebruikt daarbij een piëzo-elektrisch continu deformeerbare spiegel (foto). Dit zorgt er voor dat de laserstraal met schakeltijden van minder dan 5 ms aanpast aan de bewerkingssituatie.
De laserstraal wordt als functie van de instraalhoek zodanig omgevormd, dat hij in de project op het oppervlak steeds dezelfde vorm heeft, zo dat de intensiteit steeds constant blijft. Deze manipulatie is belangrijk: alleen wanneer de driedimensionale straal zelf in hoog tempo wordt aangepast en met gelijkblijvende intensiteit het oppervlakte raakt, is ook het resultaat steeds hetzelfde, zelfs bij complex gevormde onderdelen en steeds veranderende instraalhoeken. Wanneer daarentegen de laserstraalprojectie op schuine vlakken vervormt, verslechtert de kwaliteit van het bewerkte 3D oppervlak.
Het consortium volgt bij het laserstructureren een andere route. Het tweede nieuwe optiek maakt het parallel gebruik van stralen in plaats van de gangbare ene straal mogelijk, om aldus de bewerkingssnelheid en productiviteit te verhogen. Met een zogeheten diffractief optisch element wordt de laserstraal in een straalbundel van vier deelstralen opgedeeld. Bij conventionele multistraalconcepten gebeurt dit door het optiek, dat aan het einde van de stralen op het onderdeel wordt gericht, en door de vorm van het onderdeel tot een verdraaiing van de stralenbundel.
In het UltraSurface project wordt een speciaal systeem ontwikkeld, waarmee de positie van elke afzonderlijke deelstraal in microseconden kan worden aangepast zodat voor de bewerking steeds een kwadratische straalbundel ontstaat.
Lasergebruik wordt betaalbaar
Momenteel ontstaan twee compacte optische modules, waarmee het UltraSurface team eind 2018 in een nieuwe laserinstallatie het gebruik in uiteenlopende toepassingen test. Een Zwitsers bedrijf bouwt hiervoor een in de industrie toepasbare machine, waarmee met snel verwisselbare optiekkoppen snel, flexibel en economisch kan worden gepolijst, gestructureerd en gecoat.
Met de ontwikkelde concepten moeten oppervlakken net zo goed als met conventionele systemen worden bewerkt. Dankzij de nieuwe optieken en de machines lukt dat tien maal sneller dan voorheen, zodat ook op lasers gebaseerde oppervlakteveredeling voor veel ondernemingen uit uiteenlopende branche – ook kleine jobshops – een economisch alternatief voor conventionele oppervlaktebehandeling binnen bereik komt.
(foto: Fraunhofer ILT)