Lasery pro značení plastů, řezání skla, svařování mědi

Nový typ UV laseru TruMark 3330 kromě značení skla, keramiky a organických materiálů je nejvhodnější pro značení plastů. Je vybaven účinným vzduchovým chlazením, což vede ke značně nižším nárokům na údržbu a tím k nižším provozním nákladům laseru. Mimo jiné je díky své otevřené architektuře rozhraní a tzv. připojení Plug and Produce flexibilní v použití, lze jej snadno integrovat do nových nebo stávajících výrobních linek a může komunikovat s komponenty ve výrobním systému přes všechna běžná rozhraní, jako například ProfiBus, ProfiNet nebo EtherCAT. Pro řadu TruMark 3000 jsou novinkou také zabudované skenerové optiky nabízející vyšší přesnost a větší dynamiku, což se pozitivně projeví na vyšší produktivitě laseru a zvýšení kvality značení.

S vlnovou délkou 355 nanometrů je tento laser vhodný k popisování plastů. Plasty absorbují energii krátkovlnného UV světla mnohem lépe než infračervené laserové záření; tato skutečnost eliminuje nutnost použití drahých aditiv. Vzhledem k tomu UV laser nabízí výrazně kontrastnější značení při optimální kvalitě popisu a současně vyšší rychlosti opracování. Díky vysoké kvalitě paprsku M2<1,5 lze laserový paprsek zaostřit do velmi malého bodu. Výkon laseru absorbovaný materiálem vede k převážně fotochemické reakci v plastu. Tento způsob zpracování je mimořádně šetrný k materiálu a přináší velmi dobrou kvalitu povrchu. Současně vynikající stabilita pulzů stroje TruMark 3330 zajišťuje spolehlivě reprodukovatelné výsledky obrábění a konstantní vysokou kvalitu značení.

Nová TruMark Station 3000 rozšiřuje současné portfolio značících pracovních stanic 1000, 5000 a 7000. Je určena zejména uživatelům, kteří potřebují zajistit zpětnou sledovatelnost (traceabilitu) v malých a středně velkých sériích a kteří chtějí integrovat systém značení do vlastní výroby. Laserová bezpečnostní třída 1 přitom zaručuje uživateli vysokou ochranu. Pracovní stanice má velký vnitřní prostor, který může pojmout komponenty o rozměrech až 350 x 450 x 200 milimetrů a hmotnosti maximálně dvanáct kilogramů. V případě potřeby lze sejmout boční stěny kabiny, což umožňuje integraci pracovní stanice do výrobní linky nebo alternativně značení větších komponent. Motorizovaná, softwarově řízená osa umožňuje nejen pohodlné umisťování obrobků, ale také zajišťuje perfektní nastavení požadované ohniskové vzdálenosti. Na přání může být pracovní stanice vybavena také rotační osou.

Bez ohledu na to, zda operátor obsluhuje stroj vsedě či vestoje, je stanice použitelná jako kompaktní desktopová nebo samostatně stojící varianta s podstavou. Podle požadavků lze instalovat všechny značicí lasery Trumpf řady TruMark 1000, 3000 a 5000. Jako volitelné příslušenství je také k dispozici odsávací jednotka s filtrací.

Lasery s ultrakrátkými pulzy dělí průhledné materiály v elektronickém průmyslu – s nově vyvinutou optikou TOP Cleave nyní dokonce rychlostí jednoho metru za sekundu. Výkonný laser s ultrakrátkými pulzy TruMicro 5080 řeže dokonce i sklo o milimetrové tloušťce.

Chtít zpracovávat sklo světlem – to se zdá zprvu jako bláznivý nápad. Zjevnou vlastností skla je koneckonců schopnost propouštět světlo. Převážně infračervené paprsky pevnolátkového laseru proto tabulkou skla jednoduše projdou. U laserového světla s ultrakrátkými pulzy v oblasti pikosekund a femtosekund to tak však není: vysoká prostorová a časová hustota fotonů v pulzech mění absorpční mechanismus transparentních materiálů. Safír a sklo se tak stávají perfektně opracovatelnými pro laserové paprsky.

Namísto toho, aby se sklo řezalo po tenkých vrstvách a postupovalo se pulz po pulzu, existuje odnedávna elegantní postup řezání tenkých tvrzených skel, např. pro displeje chytrých telefonů: modifikace materiálu. Ultrakrátké pulzní laserové paprsky zaostřují dovnitř skla a modifikují tam úzkou zónu podél požadované linie řezání. Změna způsobí vnitřní napětí, sklo se odtrhne kontrolovaně a hladce na setinu milimetru přesně – a to v libovolných křivkách. Jedná se o optiku, která proces řezání skla stokrát zrychluje: TOP Cleave. Rozděluje intenzitu laserového světla stejnoměrně podél osy paprsku. Tím se fokus natáhne do délky – z bodu se stane zaostřená ohnisková úsečka. Tímto projíždějí laserové paprsky sklo nikoliv vrstvu po vrstvě, nýbrž modifikují jedním přejetím – podle energie pulzů – kompletní vnitřní dělicí plochu skleněné tabulky silné až 700 mikrometrů. Výkonné TruMicro lasery se dostanou při této tloušťce s TOP Cleave optikou na rychlost řezání až k jednomu metru za sekundu.

Laser TruMicro 5080 poskytuje opakovací kmitočet až 1 000 kHz a pulzy až 500 mikrojoulů, což jsou pulzy s nejvyšší energií při využití laserů s ultrakrátkými pulzy v průmyslu. Laser disponuje středním výkonem přes 150 wattů – to ho činí extrémně silným pro všechny aplikace. TOP Cleave optika může rozložit vysoký výkon laseru na tak dlouhé úsečce ohniska, že laserové světlo řeže skla o tloušťce větší než jeden milimetr modifikovaným způsobem.

TruMicro 5080 existuje i jako femtosekundový laser. Je to první průmyslový laser, který dokáže vyrábět femtosekundové pulzy se zelenou vlnovou délkou. Tím se spojí to nejlepší ze dvou světů: Navzdory vysoké špičkové intenzitě vnášejí femtosekundové laserové pulzy ještě méně termické energie do opracovávaného dílu než pikosekundové pulzy a hodí se tím zejména k extrémně jemnému opracování kovů nebo teplotně citlivých materiálů a speciálních fólií. Zelené světlo se dá zaostřovat na velice malé ohnisko. Zelené paprsky mají větší Rayleigh délku než infračervené světlo a tím větší hloubku ostrosti. Proto se laser hodí především pro vrtání extrémně jemných a precizních otvorů, například ve vstřikovacích tryskách.

Další výhoda: TruMicro 5080 je snadno integrovatelný do průmyslových strojů a údržba se dá provádět uvnitř těchto strojů. Demontáž dílů a seřizování vedení paprsku odpadá. K tomu slouží nový technický koncept: Všechny komponenty vztahující se k údržbě a výměně – např. elektrická vedení, chladicí vedení, elektronika nebo optický prostor – jsou snadno přístupné. To snižuje dobu odstávky obráběcího stroje a zvyšuje jeho hospodárnost.

Dalším využitím TruMicro laseru je laserová metoda lift-off pro pružné fóliové displeje. Zahnuté pevné displeje – a v budoucnu volně ohybatelné – jsou na vzestupu, zejména pro takzvané wearables: chytré přístroje, které se nosí na těle, například jako brýle nebo náramek. Za tím účelem nanáší elektronický průmysl na nosné skleněné desky vrstvu polyimidu; vysušený plast tvoří potom substrát pro ohebné displeje. Na polyimid se nanesou organické světelné diody (OLED). Po potažení má být pružný displej uvolněn ze skleněné nosné desky. K tomu skenuje laserový paprsek ze zadní strany nosným sklem polyimidovou fólii displeje. Zahřeje fólii, ta ztratí přilnavost a uvolní se. Citlivé OLED zůstanou procesem zcela nedotčeny.

Na veletrhu představí Trumpf pro tuto metodu pevnolátkový laser TruMicro 7370. Na rozdíl od pro tuto aplikaci doposud obvyklých excimerových laserů je tento zdroj paprsku velmi nenáročný na údržbu, zvyšuje disponibilní provozní dobu a snižuje výrobní náklady. Velmi krátké pulzy zvyšují účinnost procesu, neboť jednotlivý pulz může zpracovávat větší plochu. Laser pracuje velmi precizně a bezpečně. O to se stará mezi jiným vysoká stabilita pulzní energie, jakož i časového sledu pulzů. Obojí je zajištěno speciální technikou synchronizace pulzů. Zabudovaný řídicí okruh přináší dodatečnou stabilitu do celého procesu aplikace.

Vysoká reprodukovatelnost, minimální rozstřik taveniny – a to nezávisle na vlastnostech povrchu: Tak se podaří účinné svařování mědi pomocí nového TruDisku 421 pulse.

Pulzní zelený laser byl vyvinut na efektivní svařování mědi. Představitelem je TruDisk 421 pulse, diskový laser, který pracuje v pulzním provozním režimu se 400 watty středního výkonu a emituje laserové světlo v zelené vlnové délce 515 nanometrů. Řeší problémy, které vznikají při svařování mědi s infračerveným laserem.

Jako vynikající vodič tepla a proudu je měď všestranný kov, který vykazuje své přednosti v nejrůznějších branžích. Vedle lékařské techniky, automobilového, chemického a potravinářského průmyslu nelze měď opominout především v elektronice a elektrotechnice, neboť měď je nejdůležitější materiál k vedení elektrického proudu. Na základě požadavků po stále menších a výkonnějších elektronických součástkách stoupají i požadavky na výrobní a spojovací techniku měděných dílů.

Při laserovém svařování mědi se dnes obvykle používají lasery s infračervenou vlnovou délkou. Dvě největší výzvy přitom jsou: dobrá reprodukovatelnost svaru a minimální rozstřik tavenin. Měď vykazuje při vlnové délce 1 000 nanometrů (IR) vysoce reflexní vlastnosti. Stabilní svary se dají zajistit – nezávisle na struktuře povrchu – jen v určité a pro průmysl nedostatečné míře. Z hlubokého svařování může tavenina způsobovat rozstřik, který poškodí součástku a v nejhorším případě vede ke zkratům na deskách. Jak se dají tyto dva problémy vyřešit? Dají se minimalizovat tím, že se vhodně přizpůsobí parametry laseru, jako je rozložení hustoty výkonu, rozložení výkonu pulzů v čase a tvar parního kanálu. Co se nedá ovlivnit, je povrchové napětí a viskozita mědi. Obě vlastnosti jsou ve srovnání s ocelí menší, což vede k méně stabilní tavicí lázni. K tomu přichází vyšší ztráta energie kvůli vysoké tepelné vodivosti mědi.

Aby bylo možné vyrobit zelenou vlnovou délku v TruDisku 421 pulse, dochází v laserovém rezonátoru ke zdvojnásobení frekvence laserového paprsku. Zde jsou výhody zeleného laseru mnohostranné. Měď absorbuje zelenou vlnovou délku zřetelně lépe než infračervenou. Protože materiál tak dosáhne teploty tavení rychleji, startuje rychleji i svařovací proces a je zapotřebí menší výkon laseru. Zatímco infračervený laser pracuje se špičkovým pulzním výkonem 2,6 kilowattu, stačí u zeleného laseru pro stejný svar 1,4 kilowattu. Proces je energeticky účinnější. Zelený laser zlepšuje i reprodukovatelnost výsledků svařování: Je jedno, zda je povrch zoxidovaný, broušený, pískovaný, drsný nebo vyleštěný – pomocí zeleného laserového paprsku se dají vytvořit svary mědi ve stabilní kvalitě. To je dáno mimo jiné i tím, že absorpce laseru je při pokojové teplotě nezávislá na vlastnostech povrchu. Použití přídavných plynů, jako je argon nebo dusík, napomáhá ke kvalitnějšímu svarovému švu. Tyto dodatečné plyny mohou být účelně využity jen při svařování zeleným laserem, protože při infračerveném laserovém paprsku odráží tavený povrch díky plynům více a při svařování by byl nutný ještě vyšší výkon laseru.

Marcela Náhlovská

TRUMPF Praha

marcela.nahlovska@cz.trumpf.com

www.cz.trumpf.com

Firma:Trumpf, umístění na MSV: pavilon B, stánek 40