Willkommen in der 3. Dimension. Eine Maschine Drei Technologien

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1 CONCEPT Laser GmbH präsentierte zur EuroMold eine Weltneuheit: Die M3 linear. Willkommen in der 3. Dimension. Eine Maschine Drei Technologien Die jüngste eigenständige Tochter der Unternehmensgruppe Hofmann stellte ein neues Verfahren in der Lasertechnologie vor. Die Ingenieure von CONCEPT Laser haben mit der Entwicklung der M3 linear das Konzept einer modularen Laseranlage umgesetzt und die damit möglichen Bearbeitungsverfahren optimiert. Die Messe-Jury belohnte prompt diese zukunftsweisende Erfindung und prämierte diese herausragende Leistung mit dem EuroMold Award 2001 in Silber. Der Besucherandrang auf dem Messestand der CONCEPT Laser GmbH war enorm. Die Fachbesucher zeigten größtes Interesse für das neue Maschinenkonzept und die damit verbundenen Verfahren. Geschäftsführer Frank Herzog und seine Teamkollegen, allesamt junge Ingenieure, waren rund um die Uhr beschäftigt, um in vielen Gesprächen die Besonderheit ihrer Erfindung klar herauszustellen: Diese Weltneuheit hält, was sie verspricht. Ein positives Signal M3 Linear nennen die Macher ihre in Modulbauweise entwickelte Maschine, die drei Verfahren der Lasertechnik mit nur einem Laser realisieren kann. Die in 2000 gegründete Firma CONCEPT Laser GmbH hat die Vision, den Laseranlagenbau und die realisierten Bearbeitungsverfahren zu revolutionieren, verwirklicht. Mit dem neuen Verfahren LaserCUSING gelang es durch eine komplett neue Prozessführung, die herkömmlichen Schwachstellen der Lasersintertechnologie zu optimieren und zu überwinden. Die Verwendung eines anderen Lasertyps, speziell entwickelter und patentierter Belichtungsstrategien sowie erstmals in der Geschichte des Lasersinterns einkomponentiger Pulverwerkstoffe brachte den angestrebten Erfolg: Die Generierung verzugsfreier, 100%ig dichter Bauteile, die in ihren Materialeigenschaften dem Ausgangsmaterial in nichts nachstehen. Das neuen Verfahren stellt somit ein Bindeglied zwischen Rapid Tooling und dem traditionellen Werkzeugbau dar. Das CONCEPT Laser Team hat mit dem Messeauftritt sein Ziel erreicht: Ein positives Signal für die Industrie ist gesetzt. LaserCUSING: das Verfahren

2 Ein Signal setzten die Entwickler auch dadurch, dass sie dem einzigartigen Verfahren einen eigenen Namen gaben. Der Begriff CUSING setzt sich aus den Begriffen CONCEPT und FUSING (engl. aufschmelzen) zusammen. Das Wort beschreibt somit präzise das Konzept und schließlich das Ergebnis, Metallpulver zu 100% aufzuschmelzen. Das LaserCUSING basiert auf der Verschmelzung einkomponentiger metallischer Pulver-Werkstoffe mittels Laser. Das Verfahren ermöglicht es, aus nahezu allen metallischen Werkstoffen (Edelstahl, Warmarbeitsstahl, usw.) Bauteile schichtweise aufzubauen. Das Metallpulver wird hierbei Schicht für Schicht komplett aufgeschmolzen, die Eigenspannung und Verzugsproblematik überwunden und eine 100%ige Bauteildichte erreicht. Die typische Schichtdicht liegt bei 50 µm. Eine speziell entwickelte Belichtungsstrategie ermöglicht das verzugsfreie Generieren auch von massiven und großvolumigen Bauteilen. Die heute beim LaserCUSING angewendeten einkomponentigen Metallpulver sind auf die gefordete hohe Festigkeit der Teile, die den Anforderungen des Werkzeugbaus entsprechen muss, ausgelegt. Ein variabler Fokusdurchmesser garantiert trotz der Abbildung feinster Kavitäten und absolut scharfer Konturen einen schnellen Bauteilaufbau. Die Materialeigenschaften der Bauteile aus der Anlage entsprechen ohne Nachbehandlung dem Originalmaterial vor der Verdüsung. Die erreichte Genauigkeit liegt vor der Nachbearbeitung per Hand - die lediglich aus einer Politur der Oberfläche besteht - bereits bei plus/minus 50 µm. Dabei wollten es die kreativen Ingenieure jedoch nicht belassen. Ein Bauteil sollte ihrer Ansicht nach die Anlage perfekt verlassen. Es wurde ein Oberflächenbehandlungs-Verfahren entwickelt und patentiert, um Teile mit optimalen Oberflächeneigenschaften aus der Maschine zu bekommen, die es sogar ermöglichen, eine anschließende Hochglanzpolitur durchzuführen. LaserCUSING: Technische Highlights Als ein schwieriger Faktor hat sich in der Vergangenheit der Umgang mit den toxischen Metallpulvern erwiesen. Die Ingenieure der CONCEPT Laser GmbH haben deshalb auf eine Problemlösung in diesem Bereich besonderen Wert gelegt. Als Leitprinzip galt das folgende: Wir müssen entwickeln, was in der Praxis gebraucht wird! Eine bedarfsorientierte Lösung zu finden, von der Anwender im Modell- und Werkzeugbau profitieren, war das Ziel. Somit wurden zunächst neuartige, nicht toxische und extrem rieselfreudige Pulver entwickelt und zum Standard für die M3 linear erklärt. Das LaserCUSING-Modul der M3 linear wurde mit einer automatischen Pulverabfuhr ausgestattet, die wie ein Kreislauf funktioniert. Nach Beendigung des Bauprozesses wird die Plattform automatisch abgesenkt und das überschüssige Pulver rieselt in einen Auffangbehälter. Von dort kann es wieder der Dosierkammer zugeführt werden, wobei der Benutzer, und das gilt als besonders innovativ, kaum noch Kontakt zum Pulver hat. Dieses einfache Handling ermöglicht einen leichten Austausch

3 verschiedener Pulverarten. Die Rüstzeit (Neubestückung) der Maschine wird auf ein Minimum verkürzt.. Eine zirkulierende Inertgas-Atmosphäre und gleichzeitige Absaugung sorgen für eine optimale Klimatisierung, sodass 100% dichte Bauteile mit einer metallisch glänzenden Oberfläche entstehen. Trotz ständiger Bedüsung ist der Verbrauch des zugeführten Inertgases sehr gering, da es in dem gefilterten Kreislauf verbleibt. Um im Fertigungsprozess weiter Zeit zu sparen, entwickelte CONCEPT Laser ein spezielles Beschichtersystem, bei dem sowohl auf der Hin- als auch auf der Rückfahrt des Rakels Pulver aufgezogen wird. Die Beschichtungszeit reduziert sich somit um mehr als die Hälfte. LaserCUSING: Spezielle Anwendung Dabei bleibt der Vorstoß in die 3. Dimension keine Versprechung. Das LaserCUSING ermöglicht es, hochkomplizierte Formen im 3D Bereich zu generieren und den Formeinsatz mit Kühlkanälen zu versehen. Sprich, die Kühlkanäle, die konventionell nur bedingt oder mit sehr großem Aufwand eingebracht werden konnten, werden nun während des Generiervorganges konturgetreu an den Werkzeugeinsatz angepasst. Durch optimal gekühlte Werkzeugeinsätze werden somit höhere Standzeiten und kürzere Zykluszeiten erreicht. Durch die 100% Dichte der Bauteile gehören Leckagen, aus denen Kühlwasser austritt, der Vergangenheit an. 3D Materialabtrag mittels Laser Der zweite bedeutende Anwendungsbereich der Lasertechnologie komplettiert das Spektrum im Werkzeugbau. Können mit dem LaserCUSING Bauteile generiert werden, so ist es im umgekehrten nun möglich, nicht nur eine Tiefengravur, sondern eine echte 3D Gravur auf Freiformflächen zu realisieren. Weltweit einzigartig ist die hierfür von CONCEPT Laser eigens konzipierte Software, die das Eindringen in die 3. Dimension erst ermöglicht. Das Abtragvolumen wird softwaretechnisch erzeugt, das Material Schicht für Schicht abgetragen, es verdampft durch die Lasereinwirkung. Den optimalen wirtschaftlichen Einsatz findet diese Technologie als Ergänzung zum Fräsen und Erodieren, so die Lichtenfelser Hightech Firma. Zum einen wird die Prozesskette effektiv verkürzt, ersetzt man die aufwendige Programmierung und Herstellung von Elektroden und den anschließenden Erodierprozess direkt durch den Laserabtrag. Zum anderen kann die Erstellung komplizierter, großflächiger Elektroden aus einem Stück mit dem sehr schnellen Laserabtrag im Graphit das konventionelle, aufwändige Programmieren und Erstellen vieler Einzelelektroden einsparen. Ein softwaretechnisch eingebundener Lasermess-Sensor ermöglicht zusätzlich die automatische Tiefenregelung im Prozess und durch die besondere Belichtungsstrategie wird ein großflächiger Abtrag ohne Stoßkanten möglich.

4 Laserbeschriften Die dritte Technologie, die sich mit der Maschine M3 linear verwirklichen lässt, ist das Beschriften. Durch die Einwirkung von Laserstrahlung können auf den unterschiedlichsten Metallen und Kunststoffen Markierungen und Beschriftungen aufgebracht werden. Mittels Lackabtrag ist es möglich, Tagund Nacht Design für beispielsweise Pkw-Schaltelemente, Regler etc. herzustellen. M3 linear: Eine Maschine - Drei Technologien. Die Vision, die Prozesse im Selektiven Lasersintern zu optimieren, hatte einen völlig neuen Denkansatz zur Folge und mündete in der Erfindung einer weltweit einzigartigen Laserbearbeitungsanlage: Der M3 linear. Die Maschine besteht zunächst aus dem Kernmodul, der Laserstation, in der sich der Laser und die über hoch-dynamische Linearmotoren angetriebenen Achsen befinden. (Es handelt sich um 3 optische und 3 mechanische Achsen). Die Positioniergenauigkeit der Linearmotoren liegt bei 15 µm. Die Strahlablenkung wird über trägheitsfreie Präzisions-Scansysteme verwirklicht. Um dennoch ein großes Belichtungsfeld zu realisieren, wird der Scankopf mittels hochdynamischer Linearmotoren über das patentierte XY- Kreuztisch-System präzise positioniert. Das gesamte Projekt wurde von Anfang an aus der Erfahrung und den Bedürfnissen des Werkzeugbaus heraus betrieben. Vor allem auch unter dem Gesichtspunkt, kleinen und mittelständischen Unternehmen ein wirtschaftlich interessantes Paket anzubieten. Die Investitionskosten sollten niedrig gehalten, und die Auslastung gesteigert werden. Das Ergebnis stellt sich als die erste Laserbearbeitungsanlage der Welt dar, die in Modulbauweise konzipiert ist. Die M3 linear ist, was Wirtschaftlichkeit und Rentabilität angeht, ein absolut bedarfsorientiertes Maschinenkonzept. Einmalige Investitionskosten für 3 Technologien und die Maximierung der Auslastung sprechen nicht zu letzt auch im Hinblick auf mögliche Erweiterungen des Anwendungspektrums durch den modularen Aufbau für sich. Die Unternehmensgruppe Hofmann, ein Name, der für Kompetenz und 40-jährige Erfahrung im Hightechbereich Rapid Tooling steht, förderte den Innovationswillen und die Ideen der jungen Ingenieure der CONCEPT Laser GmbH. Die Technologiemodule Drei Technologiemodule erlauben effektives, zeit- und kostensparendes Arbeiten. Durch einfaches Wechseln der Module wandelt sich die Anlage in max. 15 Minuten zur Nutzung einer neuen Technologie. Nach dem Öffnen der Laserstation werden die mobilen Module per Hand ein - oder

5 ausgefahren. Bei diesem flexiblen Austausch der Technologiemodule macht sich problemloses Handling und höchster Bedienkomfort bemerkbar. So muss beim Beladen der Anlage mit z.b. großen Werkzeugeinsätzen zum Abtragen oder Beschriften nicht das Werkzeug in die Anlage, sondern dass Modul kann an jedem Arbeitsplatz mit dem Werkzeug bestückt werden. Beim Cusing wird das Pulverhandling außerhalb der Anlage komfortabel und problemlos. Das LaserCUSING Modul wurde speziell zum LaserCUSING von einkomponentigen Stahlpulvern entwickelt. Der Bauraum LaserCUSING beträgt 250 x 250 x 170 mm, die typische Schichtdicke beim Generieren liegt bei 50 µm. Das 3D Abtragmodul dient zum 3D Materialabtrag mittels Laserstrahlung. Das Bearbeitungsfeld weist hier eine Größe von 450 x 450 mm auf. Die maximale Werkstückgröße beläuft sich auf 800 x 500 x 400 mm und das Werkstückgewicht beträgt bis zu 500 kg. Eine modulare Aufspannplatte kann individuell angepasst werden. Das Beschriftungsmodul ergänzt als dritte Komponente das Maschinenkonzept zum Beschriften von Metallen und Kunststoffen. Das Bearbeitungsfeld hat eine Größe von 450 x 450 mm. Sonderaufbauten sind hierbei optional, das heißt, das Beschriftungsmodul kann jeder individuellen Anforderung angepasst werden. Form follows Function Ein im Design angepasstes Bedienpult, das zur Prozesssteuerung mit Bildschirm und Tastatur versehen ist, ergänzt auf ergonomische und optische Weise hervorragend das Gesamtkonzept der M3 linear. Die Mobilität des Bedienpultes ermöglicht leichteres Arbeiten. Einzigartig und unverwechselbar sollte die M3 linear nicht nur aufgrund ihrer technischen Möglichkeiten sein. Um dem Motto Form follows Function gerecht zu werden, dem Maschinenkonzept die perfekte Optik zu verleihen und das Handling konsequent zu vereinfachen, wurde die Firma MEYER Design mit der Maschinengestaltung beauftragt. Vorteile, die überzeugen Folgende Vorteile lassen sich aus dem Anlagenkonzept mit seinen optimierten Technologien ableiten: Zeit und Kosten sparen: Der Einsatz dieser drei neuen Technologien eignet sich bestens im Werkzeug- und Formenbau sowie im gesamten Rapid Tooling. Durch die

6 Nutzung von drei Technologien wird eine optimale Auslastung der Anlage erreicht. Eine lohnende Investition: Für drei Laserbearbeitungsverfahren fallen Anschaffungskosten für nur einen Laser an. Flexible Technologie vom Feinsten: Die Technologiemodule ermöglichen schnelles und einfaches Wechseln von einem Verfahren zum anderen. Rüstkosten werden minimier. Höchste Genauigkeit- und Strahlqualität wird erzielt durch den kleinen Scanbereich, wobei der Scankopf unter Einsatz von Linearmotoren über dem Bauteil positioniert wird: Lasern in kürzester Zeit und mit höchster Präzision. 100%ige Dichte beim LaserCUSING von einkomponentigen metallischen Pulverwerkstoffen. Die weltweit einzigartige patentierte Belichtungsstrategie macht es möglich. Durch komplettes Aufschmelzen des Metallpulvers werden 100% dichte Bauteile erzeugt! 3D Abtrag auf Freiformflächen. Eine im eigenen Haus speziell für den 3D Abtrag entwickelte Software verwirklicht innovative Produktideen. Der Lasermess-Sensor zur Abstragstiefenkontrolle ist in die intelligente Software integriert. Berechnungen und Rückmeldungen über die Abtragtiefe schaffen einen echten dreidimensionalen Materialabtrag auf jeder beliebigen Formoberfläche. Praxisorientierte Spitzentechnologie Die Ergebnisse in Topqualität sprechen für sich und werden in der Praxis überzeugen. Die M3 linear ermöglicht mit ihren Verfahren die Herstellung von: - Endprodukte in Stahl für Funktionsteile - Formeinsätze für Serienspritzwerkzeuge - Formeinsätze für Druckgusswerkzeuge - Prototypenwerkzeuge für Spritz- und Druckguss - Elektroden - Abtrage und Beschriftungen auf unterschiedlichsten Materialien Auf dem Messestand der CONCEPT Laser GmbH wurde der Vorhang für eine High-Tech-Innovation gelüftet, die beim Fachpublikum größtes Interesse hervorgerufen hat und am Markt sicher seine Käufer finden wird. Die M3 linear ist als gesamtes Modulsystem oder mit einzelnen der drei Technologiemodule zu erwerben. Im Hause CONCEPT Laser freut man sich darauf, vielen Interessenten die Maschine vorzuführen und den willkommenen Besucher von den Vorteilen des LaserCUSING und des Materialabtrags zu überzeugen. Dipl.Ing. Frank Herzog und sein leistungsfähiges Team stellen hierbei die Dienstleisterfunktion besonders in den Mittelpunkt ihrer Verkaufsaktivitäten. Zeit ist Geld, so lautet nicht nur ihre Parole, sondern auch meist die der Industriekunden. Im oberfränkischen Lichtenfels kann man unter realen

7 Bedingungen Bauteile, Serienfertigungen und Lohnarbeiten in Auftrag geben und von der Spitzenqualität der Produkte profitieren. Wer den Einstieg in die 3. Dimension auf der EuroMold verpasst hat, für den gibt s eine brandneue Alternative: CONCEPT Laser GmbH ist Mitglied der Unternehmensgruppe Hofmann, Lichtenfels.