Témata
Reklama

Laserové technologie ústavů FG

Pod zkratkou FG se skrývá označení pro německou Fraunhofer Gesellschaft s 66 oborově zaměřenými ústavy aplikovaného výzkumu. Na veletrhu laserové techniky Laser - World of Photonics 2013 v Mnichově patří tradičně mezi přední vystavovatele a i když značná část expozice je věnována laserům v komunikační a sdělovací technice, projekci, medicíně a zčásti i bezpečnosti, najde se vždy v podání alespoň tří ústavů, Institutu für Lasertechnik ILT, Institutu für Werkstoff- und Strahltechnik IWS a Institutu für Pruduktiontechnologie IPT dost zajímavých průmyslových laserových technologií, které mohou inspirovat i naše uživatele.

O vývoji v oblasti femtosekundových laserů, o který je v současné době největší zájem a týká se i těchto tří ústavů, je zmínka v předchozím článku. Následující zprávy, alespoň v krátkém sdělení, představují neméně důležité, praktické informace už z konkrétních aplikací.

Z IWS je celá řada typů modulově uspořádaných laserových hlav COAX, specifikovaných pro určitou aplikaci. Letošní novinkou mezi nimi je typ označený COAXwire pro technologii efektivního navařování s koaxiálně vedeným přídavným drátem, který tu nahrazuje jindy používaný práškový materiál. Oproti němu má téměř 100% využitelnost, proces je čistý a dodatečné opracování se redukuje na minimum. Tím, že povrchová plocha drátu je mnohem menší než plocha rozptýleného prášku, snižuje se riziko chemické reakce s okolní atmosférou, což je podstatné zvláště u takových materiálů, jako je titan nebo hliník. Přídavný drát má obvykle průměr 0,8 až 1,2 mm, u jemnějších technologií je možná i úprava na průměr drátu 0,3 mm. Kromě studeného přívodu lze pro dosažení vyšších výkonů nanášení zvolit i způsob s indukčním předehřevem drátu.

Reklama
Reklama
Reklama
Už tradičně prohlídku expozice Fraunhofer Institutu IWS na veletrzích Laser-World of Photonics odborně moderuje z vedení IWS Dr. Anja Techel


Kompaktní laserová hlava pro navařování drátem

Další praktickou ukázkou z IWS je navařování trubek do trubkovnic tepelného výměníku. Tady se doposud využívala pistole s WIG svařováním, která se ale musela ručně zasunout do každého otvoru a po svaření spoje opět vyjmout. Takový proces při velkém počtu trubek je zdlouhavý a nákladný. V projektu EU Orbital proto IWS vyvinul nový postup s kombinací manipulace kloubového robotu a lasgrového navaření. Kruhový svar na trubce je proveden během několika sekund a laserem lze natavit i takové materiály, které se považují za obtížně svařitelné. Nová metoda byla již úspěšně testována u španělských firem Integasa a Ensa, které patří k předním evropským výrobcům výměníků pro náročné provozní podmínky s častou aplikací i agresivních provozních médií.

Laserové přivařování trubek na trubkovnici tepelného výměníku spolu s vedením průmyslovým robotem podstatně zkracuje výrobní čas oproti dosavadnímu ručnímu postupu při svařování WIG

Z Fraunhofer Institutu IWS je i způsob laserového navařování malých otvorů, kde nástroj musí být co nejužší a přitom umožňovat vedle přívodu laserového paprsku i přívod práškového materiálu a ochranného plynu. V IWS pro takový případ vyvinuli systém s Nd:YAG laserem s výkonem 1 kW a koaxiálním přívodem prášku, se kterým se dá pracovat od vnitřního průměru 100 mm a až do hloubky 1 000 mm. Šířka návarové stopy může být až 4 mm, testy při šířce stopy 1,1–2,1 mm ukázaly na využitelnost prášku v rozmezí 69 až 81 %. Kromě Nd:YAG laserů se pro tento postup doporučují i diskové lasery.

Laser pro vnitřní navařování z IWS

Navařování vrstev laserem dostoupilo už k takové miniaturizaci, že se týká i vrstev s tloušťkou v rozsahu desítek mikrometrů. Laserovou hlavu s koaxiálním přívodem prášku COAX 16 vyvinuli v IWS pro navařování libovolných tvarů, ať už na větších plochách nebo u jemných dílů, včetně 3D geometrie. Navařený povrch je bezpórovitý s tolerancí v rozsahu μm. Způsobem navaření, s hloubkou tavné lázně na dílu opět jen několik μm, se nepoškodí ani struktura substrátu ani jeho fyzikální vlastnosti. Šířka návarové stopy je od 30 μm. Typem COAX 16 doplnil IWS svůj sortiment laserových koaxiálních hlav s přívodem práškového materiálu od této nejmenší až po typ se šířkou návarové stopy 20 mm i více.


Laserová hlava s koaxiálním přívodem prášku COAX 16.


Svou speciální navařenou vrstvu v řádu μm může mít i miniaturní stent pro kardiovaskulární medicínu.


Miniaturním návarům nebrání ani uzavřená voštinová struktura.

Fraunhofer Institut IPT představil speciální měřicí způsob pro průběžnou kontrolu laserového mikrostrukturování, řešenou v projektu Scan4surf. Měření obstarává optoelektronický senzor pro bezdotykovou kontrolu vzdálenosti, přičemž pro informace o měřicí hodnotě využívá stejného paprsku, který slouží pro vlastní mikrostrukturování. Kamera i vyhodnocovací jednotka jsou umístěny v boxu, ne větším než malý osobní PC. Kamera je spojena s počítačem, který podle obdržených dat zasahuje v reálném čase přímo do výrobního procesu.

V IPT laserem strukturovaný a současně kontrolovaný díl

Z IPT je i nová materiálová kombinace pro stavbu nástrojů vhodných např. v kovárnách, které mají být dostatečně tvrdé a zároveň i pevné. Zatím výrobci nářadí volili nepříliš tvrdý základní materiál, na nejž se nanášela tvrdá vrstva. Nevýhodou tady však je, že tvrdá vrstva se na měkkém materiálu může při rázech deformovat. V IPT v novém postupu používají v základu také méně tvrdý materiál, ale k legování jeho povrchové vrstvy dochází práškovou směsí při laserovém natavování vrstvy. Dosahuje se tak plynulého přechodu materiálových vlastností a zároveň vnesené práškové částice působí jako zábrana úběru povrchu. Protože opotřebení nástrojů se často vyskytuje jen na určitých místech, lze uváděnou úpravu povrchu omezit jen na tato exponovaná místa. Spoluprací IPT s firmou Alzmetall vzniklo i potřebné zařízení pro natavování laserem se současným nástřikem práškového kovu. K tomu vyvinutý program se stará o to, aby paprsek laseru se po povrchu vedl s konstantní rychlostí a stabilní byla i vzdálenost dráhy jeho pohybu. Výhledově se uvažuje s tím, že u základního materiálu nástrojů by se mohly některé dražší kovové prvky, jako jsou chrom, molybden nebo vanad částečně uspořit a o to více by se prosazovaly v povrchové vrstvě.

Legování povrchové vrstvy nástroje laserem

A další z exponátů představil už Fraunhofer Institut pro laserovou techniku ILT. V projektu označeném „MediSurf“, který řeší řada různých ústavů a který je podporován Spolkovým ministerstvem hospodářství a technologie, má ILT podíl na technologii laserového leštění titanového implantátu pro kardiovaskulární systém. Drsnost povrchu se tu podařilo natolik redukovat, že po odborné medicínské stránce mohla být ohodnocena stupněm hemokompatibility. Oproti ručnímu leštění má navíc leštění laserem ještě tu výhodu, že po něm nemohou zůstávat na povrchu implantátu žádné, byť mikroskopické zbytky lešticích past. Zároveň byl v ILT vyvinut i prototyp robotizovaného pracoviště pro tento proces leštění s nasazením šestiosého kloubového robotu.

Odlišnost leštěného implantátu pro kardiovaskulární systém je zřetelná již na první pohled.

Ze spolupráce ILT s Fakultou laserové techniky Univerzity RWTH v Cáchách vznikla i zajímavá metoda výroby transparentních 3D minidílů selektivním laserem indukovaným leptáním. Díly mohou být z křemenného skla, rubínu nebo třeba safíru, určené např. pro medicínu nebo fluidiku. V mnoha případech jejich broušení nebo leptání je stále čistě ruční prací, a pokud jsou tyto díly zcela bezbarvé, nejsou ani dost dobře vidět. A proto se v takovém případě zvažuje alespoň jejich náhrada užitím červeně zbarveného rubínu. Při procesu selektivního laserem indukovaného leptání je požadovaný tvar dílu ozářen ultrakrátkými pulzy laseru při rychlosti ozařování ve stovkách mm za sekundu. Ozářený materiál mění své chemické a fyzikální vlastnosti a v následném mokrém procesu je ho možné odleptat. Neosvitnutý materiál zůstává stálý. Postup je reprodukovatelný a využitelný i pro sériovou výrobu. Při jeho dalším vývoji studují v ILT možnost zvýšení osvitové rychlosti ze stovek mm na metry za sekundu.

Po laserovém osvitu z bloku křemenného skla odleptané ozubené kolečko o průměru 3 mm

Po laserovém leštění skla, postupu už dříve vyvinutém v ILT, přichází nyní na řadu u stejného materiálu odhrotování hran až jejich zaoblení. Postup s CO2 laserem je vhodný pro všechny druhy skel, včetně plochého tabulového. Při leštění dosahuje teplota skla na vnějším povrchu hodnoty těsně pod bod odpaření a klesá tudíž i viskozita skla. Materiál se ztekucuje a redukuje se drsnost povrchu. V protikladu ke konvenčnímu leštění tu nedochází k žádnému úběru materiálu. Na závěr je povrch hrany ještě leštěn pro lesk zaoblení a jen minimální mikrodrsnost.


Zaoblení hran skla laserovým paprskem

V medicíně nebo elektronice se často vyskytuje požadavek na hermetické uzavření skleněného pouzdra. Lepení skla není přitom pro tento záměr dlouhodobě spolehlivé. V ILT po delším vývoji nyní přivedli už k průmyslovému využití techniku laserového pájení skla skleněnou pájkou, která dlouhodobě hermetičnost zaručuje. U menších dílů se pro pájení používá tzv. kvazisimultánního způsobu, známého např. ze svařování plastů, kdy laserový paprsek při 2D skenování přechází při rychlosti 10 tisíc mm za sekundu vícenásobně přes kontury spoje s nanesenou pájkou. Energii paprsku přitom absorbuje pouze pájka, spojované díly se zahřívají vedením tepla.

Ukázky pájených skleněných dílů

V ILT připravili i řadu zčásti odlišných variant pájení, např. pájení s předehřevem pájky, pájení ve volné atmosféře nebo při ochranném plynu nebo pájení i rozměrově neohraničených dílů. Podle konkrétních požadavků připraví i složení pájky, způsob jejího nanesení, včetně doporučení celého postupu pájení a vhodného typu laseru.

Ing. Jiří Šmíd
Mnichov, Německo

iia.smid@gmail.com

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 130716
Datum: 25. 06. 2013
Rubrika: Servis / Reportáž
Autor:
Firmy
Související články
Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Další veletržní postřehy z EMO 2019

Z pohledu technika lze veletrh EMO v roce 2019 považovat za zdařilý, protože byl více o invenci, kreativitě, vylepšování stávajícího i hledání nových cest. Na veletrhu bylo možné vysledovat několik řekněme fenoménů, které se objevovaly napříč veletrhem. Přitom bych je přímo nepovažoval za trendy, protože obdobné počiny, technika, software i smýšlení byly (u asijských výrobců) k vidění o šest měsíců dříve na veletrhu obráběcích strojů v Pekingu. Nedávám tímto záminku k mezikontinentální diskusi o tom, kdo trendy určuje. V tomto textu zazní několik dalších veletržních postřehů.

Cena MM Award na EMO 2019

Také v roce 2019 došlo na udílení cen MM Award. Jedná se o oficiální a jediné ceny udělované na veletrhu EMO. Porota i letos vybírala z mnoha přihlášených exponátů, nejen německých výrobců. Do užšího výběru se jich dostalo jen pár, a nakonec bylo rozdáno pět hlavních cen v pěti kategoriích. S prázdnou neodešly ani firmy, jejichž produkty se ocitly na druhém a třetím místě. I v tomto roce došlo k jistému „posunu“ ve vnímání obsahu jednotlivých kategorií, a tedy i oceněných produktů. Pojďme se podívat na vítězné exponáty podívat jednotlivě. Je to lehký nástin toho, jak EMO vidí němečtí kolegové.

Související články
Známé a neznámé v laserových technologiích

Využití laserů v průmyslu je přesný a naprosto výstižný název konference, kterou v dubnu pořádala plzeňská společnost Raptech. První konferenci na toto téma pořádal docent Stanislav Němeček, jednatel společnosti Raptech, již před deseti lety, a přestože je dnes v průmyslových podnicích laserů konajících nejrůznější činnosti o poznání více, stále se v souvislosti s jejich využíváním v průmyslu ukazuje spousta neznámých (faktorů, parametrů, vlastností, …), které je potřeba důkladně prověřit. A právě takovéto konference slouží k výměně a sdílení poznatků získaných z různých projektů a výzkumů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Formárenský veletrh se blíží

Již třetí ročník formárenského veletrhu Moulding Expo v druhé polovině května bude hostit výrobce forem a nástrojů a dodavatelé potřebných technologií ve Stuttgartu. Pořadatelé sezvali novinářskou obec do slovinské Lublaně, kde prozradili několik detailu o blížícím se veletrhu. Součástí tiskové konference byla také návštěva místních nástrojáren a výzkumného centra pro formárenství.

TOSmeet & TOSday 2018

Zákaznický den ve firmě TOS Varnsdorf tradičně patří k vyvrcholení půlročního maratonu open houses, které pořádají téměř všechny výrobní a obchodní společnosti v komoditě obráběcích strojů pro své zákazníky a obchodní partnery. Zejména u výrobních firem je neopakovatelnou příležitostí zavítat do jejich provozů, zhlédnout zdejší technologické možnosti, být přímo od zdroje informovaný o žhavých novinkách a technologických řešeních, a v neposlední řadě pak potkat a pohovořit se známými lidmi.

Strojírenské fórum 2018: Zaměřeno na nové technologie a materiály

Příběh pátého ročníku Strojírenského fóra se začal psát 10. května 2018 na půdě Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně konferencí na téma moderní výrobní technologie a materiály s důrazem na aditivní výrobu z velké části kovových materiálů a na inovativní aplikace kompozitních materiálů. Na sto účastníků z řad výrobní a akademické sféry vyslechlo na 13 přednášek a následně v pozdních odpoledních hodinách se větší část z nich odebrala na exkurzi po šesti VaV pracovišťích zaměřených na nové technologie. Plný den poznání a nových setkání. Pojďme se k němu vrátit fotoreportáží.

Veletržní válka světů

Redakce MM Průmyslového spektra věnovala šanghajskému veletrhu obráběcích strojů CCMT 2018 nemalou pozornost ve zpravodajství, které bylo uveřejňováno na webových stránkách v rubrice Očima redakce. V tomto článku a na přiložených obrázcích jsou zaznamenány veletržní postřehy, čínský kolorit, veletržní statistiky i holá fakta z oblasti čínského průmyslu. Něco málo o čínské výrobní technice a technologiích, které byly prezentovány na CCMT 2018, i pár dalších postřehů, jsme připravili do tohoto vydání.

Perspektivy čínského draka

Již několik let vám pravidelně v tomto čase přinášíme reportáže ze dvou klíčových strojírenských veletrhů celého asijského kontinentu, které jsou určitým barometrem srovnání postupného vývoje čínských výrobců obráběcích strojů a komponent, ale i pohledem na zvolené marketingové strategie nadnárodních společností při jejich penetraci na zdejší čínský trh – největší a nejprogresivněji rostoucí na světě. V lichých letech se v Pekingu v dubnu koná veletrh CIMT (China International Machine Tool Show), v sudých přibližně ve shodné době pak v Šanghaji veletrh CCMT (China CNC Machine Tool Fair). Aktuální postřehy z každého dne veletrhu jsme přinášeli prostřednictvím redakčního portálu mmspekturm.com a sociální sítě facebook, s tradičním komplexnějším pohledem na veletrh a čínský komoditní trh jako takový přicházíme nyní.

Obráběcí stroje pro produkční výrobu

Po sérii článků v minulém vydání se v posledním poohlédnutí po letošním hannoverském veletrhu EMO věnujeme důležité oblasti, a to jednoúčelovým strojům. I v letošním ročníku byla část expozic věnována této komoditě pro produkční výrobu a my se podíváme, co trh zákazníkům nabídl. Proč? Menším dílem proto, že se jim dlouhá léta autor (nejen) profesně věnuje, dílem podstatným proto, že jsou na nich „bytostně“ závislé veškeré obory nejen strojírenské či technické, ale i stavebnictví, telekomunikace, zdravotnictví a další.

Veletrh EMO opět v Hannoveru

Mezinárodní kovozpracující veletrh EMO se po čtyřech letech opět vrací do Hannoveru. Konat se bude od 18. do 23. září a podle našich informací je určitě na co se těšit. Letošním heslem veletrhu je „Connecting systems for intelligent production“, volně přeloženo „Propojováním systémů k inteligentní výrobě“. Cílem tohoto článku je představit trendy letošního veletrhu a několik novinek společností, které v průběhu předveletržní tiskové konference prozradily, jaké inovace budou na svých stáncích v Hannoveru prezentovat.

Fotonika - klíč k technologickému rozvoji

Vynález laseru, optických vláken a polovodičových optických součástek výrazně zvýšil význam využití optiky pro moderní technologie. Byl to také impulz pro rozvoj mladého vědního oboru – fotoniky –, který se zabývá vlastnostmi a metodami využití fotonů. Místem, kde si odborníci z těchto tří na sobě závislých oborů – optika, elektronika a fotonika – sdělují svá know-how a sdílejí své úspěchy, se každoročně stává nejvýznamnější světový veletrh optických a laserových technologií Laser World of Photonics. I letos jej koncem června na mnichovském výstavišti doprovázel světový kongres World of Photonics congress.

Češi v říši středu a snů

Česká expozice společné účasti na veletrhu CIMT je stejně jako v předchozích ročnících realizovaná specializovaným úsekem a. s. Veletrhy Brno a organizovaná pod patronací Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. Nutno podotknout, že letošní expozice, i když po dlouhé době beze strojů, byla po designové stránce s ohledem na její kompaktnost velmi povedená. Možná právě proto, že ji netříštily volné otevřené plochy kolem stroje.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit