CeraCon Laser systems

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1 CeraCon Laser systems Automatisierte Laserbearbeitung für Kunststoffe, Metalle und mehr DE Laser systems

2 2 Was ist eigentlich ein Laser? Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Der Begriff Laser ist ein Akronym und bedeutet übersetzt so viel wie Lichtverstärkung durch angeregte Aussendung von Strahlung. Laserstrahlen sind elektromagnetische Wellen. Anders als die Strahlung einer konventionellen Lichtquelle (z.b. einer Glühlampe) weist die des Lasers kein kontinuierliches Spektrum auf, sondern ist mono-chromatisch, d.h. sie besitzt nur eine Wellenlänge. Durch die scharfe Bündelung nehmen Laserstrahlen auch bei großen Entfernungen nur wenig an Durchmesser zu. Darüberhinaus sind sie kohärent, d.h. alle Wellenzüge der Strahlung laufen nahezu parallel zueinander, sowohl räumlich als auch zeitlich. Diese Eigenschaften gepaart mit hoher Intensität verleihen jenem besonderen Licht seine außergewöhnlichen Fähigkeiten. Der Laser arbeitet wie ein optischer Verstärker. Die dazu erforderliche Energie wird von einem Lasermedium (z.b. einem Kristall, Gas oder einer Flüssigkeit) erzeugt, in welchem aufgrund äußerer Energiezufuhr quantenmechanische Effekte zum Tragen kommen. Das Lasermedium befindet sich dabei in einem Resonator. Dessen Rückkopplungseffekte führen die Verstärkung herbei, aus dem der Laser seine Energie bezieht.

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4 4 CeraCon Laser systems Automatisierte Laserbearbeitung für Kunststoffe, Metalle und mehr Lasersysteme von CeraCon sind Anlagen zum automatisierten Bearbeiten von Bauteilen unterschiedlicher Materialarten. In der Regel sind diese aus Kunststoff oder Metall, können aber auch Glas, Textil oder Verbundstoffen bestehen. Typische Anwendungen sind das Schneiden und Perforieren, aber auch das Aufbringen von Markierungen oder die Vorbehandlung von Oberflächen. Die übliche Leistungsklasse der von uns eingesetzten Laser liegt zwischen wenigen Watt bis zu einem Kilowatt. Hier setzen wir auf qualitativ hochwertige Laserquellen namhafter Hersteller. Unter Berücksichtigung aller relevanten Prozessparameter kombinieren wir unsere umfassende Kompetenz auf dem Feld der Lasertechnik mit unserer langjährigen Automatisierungserfahrung zu Ihrer individuellen Lösung. Lasersysteme von CeraCon können dabei als Prozesselement zur Integration in Produktionslinien oder als Standalone-Lösung ausgeführt sein. Die ausgewogene Balance aus Consulting und Engineering, aus Beratung und Maschinenbaukompetenz, machen unsere Entwickler, Ingenieure und Techniker zu einem idealen Partner für Ihre Aufgabenstellungen auf diesem speziellen Feld. Laser gibt es für Strahlungen in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums: u.a. im Infrarot, über sichtbares Licht bis hin zu Ultraviolett-Strahlung. Sie werden dabei oftmals anhand der Eigenschaften des eingesetzten optischen Lasermediums kategorisiert und benannt. Eine grobe Einteilung erfolgt anhand des Aggregatzustandes.

5 5 Welche Lasersysteme setzen wir ein? Festkörper-Laser Gas-Laser Nd:YAG (355) Nd:YAG (532) Nd:YAG (1.064) Faserlaser CO 2 -Laser Emission bei 355 nm Bearbeitung von PCB Emission bei 532 nm Bearbeitung von Glas Emission bei nm Bearbeitung von Metallen Emission bei nm Bearbeitung von Metallen und Kunststoffen Emission bei 10,6 μm Bearbeitung von Kunststoffen Röntgen Ultraviolett Sichtbares Licht Nahes Infrarot (IR) Mittleres Infrarot Fernes IR 100 nm 200 nm 300 nm 400 nm 500 nm 600 nm 700 nm 800 nm 900 nm 1 µm 3 µm 10 µm 30 µm 1 mm

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7 7 Was wir für Sie leisten können Oberflächenbearbeitung Durch das Aufbringen thermischer Energie werden Strukturen auf der Oberfläche der Bauteile erschaffen. Zusätzlich erfährt die Deckschicht des Materials eine chemische Umwandlung. Diese kann Einfluss auf Adhäsion und Korrosion nehmen. Markieren Zur permanenten Markierung wird thermische Energie selektiv auf Bauteile aufgebracht. Dabei ist die Ausbildung geometrischer Formen aller Art möglich. Dies kann z.b. auch in Form beliebiger Schrift sowie als 2D-Codierung (QR-Code, Barcode etc.) geschehen. Laserschneiden Laserschneiden besitzt viele Vorteile gegenüber herkömmlichem Abtrennen unter mechanischer Einwirkung. Kunststoffe und dünne Metalle können selektiv und gratfrei getrennt sowie Besäum- und Kaschierprozesse präzise realisiert werden. Beispiele: Vorbehandlung zum Haftungsaufbau vor dem Aufbringen von Klebstoffen Farbabtrag, Entlacken, Reinigen und Entfetten von Oberflächen Folienabtrag bei Tag- / Nachtschaltern Beispiele: Beschriften von Kunststoffblenden Bauteil-Kennzeichnung mit unverlierbarer 2D-Codierung zur Nachverfolgung Unauffälliges Markieren von Originalprodukten (Plagiatsschutz) Beispiele: Besäumen von Textilien für Armablagen Abtrennen von Kunststoff-Angüssen nach dem Spritzgießen Beschneiden von Kunststoffbauteilen zur Variantenbildung

8 8 Laser und Plasma als hybride Oberflächentechnologie Neue Synergien optimieren Oberflächen und Reinigungsprozesse Aggregatzustände fest flüssig gasförmig Plasma Oberflächenbearbeitung durch Laser Hochleistungs-Laserverfahren werden in der Industrie bislang überwiegend zur Materialtrennung eingesetzt (C0 2 -Laser). Neue Dioden- und Faserlaser lassen sich mit hoher Frequenz pulsen, wodurch die in die Oberfläche eingekoppelte thermische Energie kontrolliert wird. Dies ermöglicht den Einsatz der Laserbehandlung zur Reinigung von Oberflächen. Durch gezielte Regelung können sowohl leicht anhaftende organische Verunreinigungen, komplette mehrschichtige Lackierungen als auch stark anhaftende Oxidschichten ohne nennenswerte Beschädigung der Oberfläche entfernt werden. Der Laser als Strahl eines stark gebündelten Lichts koppelt dabei punktweise in die Schicht ein. Es erfolgt ein impulsartiger Energieeintrag und in Folge eine schlagartige Verdampfung. Der dabei entstehende Schmauch wird abgesaugt. Oberflächenbearbeitung durch Plasma Nach fest, flüssig und gasförmig wird Plasma häufig als vierter Aggregatzustand bezeichnet. Plasma ist der Zustand, den ein Gas annimmt, wenn weiterhin Energie zugeführt wird. Das Gas wird ionisiert, d.h. aus den Atomen und Molekülen werden Elektronen losgelöst. Was verbleibt ist elektrisch geladen und wird als Ionen bezeichnet. Diese sind sehr reaktiv im Zusammenhang mit den behandelten Oberflächen und / oder den umgebenden Gasen. Unter normalen Umgebungsbedingungen erzeugte Plasmen werden als Atmosphärendruckplasmen bezeichnet. Das Plasmatreat Openair Verfahren wird in den verschiedensten Industrien weltweit zur Oberflächenreinigung eingesetzt. Die maximalen Belegungen richten sich dabei nach den Bindungsenergien der Verunreinigungen. Niedrig siedende Kohlenwasserstoffe sind auch in größeren Kontaminationen entfernbar während z.b. synthetische Hochtemperatur-Schmiermittel und anorganische Verunreinigungen nur in geringsten Mengen entfernt werden können.

9 Kombinierte Laser-Plasma-Düse bei der Reinigung eines Metallbauteils. Die leistungsfähige Technologie ist sogar in der Lage, Eisenoxidschichten zu entfernen. 9

10 10 Laser und Plasma als hybride Oberflächentechnologie Neue Synergien optimieren Oberflächen und Reinigungsprozesse Die Kombination von zwei physikalisch unterschiedlichen Verfahren ionisiertes Gas (Plasma) zusammen mit kohärent verstärktem Licht (Laser) ermöglichen in der Oberflächenbehandlung neue, einzigartige Eigenschaften. Das Plasma umhüllt den Laserstrahl während dieser die Energie zur Verfügung stellt, hartnäckige Kontaminationen gezielt zu verdampfen. Das umhüllende Plasma reagiert aufgrund der hohen Ionisationsrate in Stoßprozessen sofort mit diesem verdampften Material, fragmentiert es und regt es zu chemischen Reaktionen mit dem verwendeten Plasmagas (überwiegend Luft aber auch Sauerstoff oder inerte Gase) an. Durch die simultane Laser-Plasma-Behandlung wird eine Rekontamination der gereinigten Flächen vermieden. Zusätzlich wird durch die gleichzeitige Plasmabehandlung die Oberflächenenergie erhöht eine optimale Voraussetzung für nachfolgende Kleb- und Beschichtungsprozesse. Kombinierte Laser-Plasma-Düse mit Roboterhandling

11 11 CeraCon und Plasmatreat haben die Kombination beider Verfahren in einer Quelle vereinigt. Der Plasmastrahl umhüllt dabei den durch die Düse geführten Laserstrahl. Technische Daten Laserquelle: Faserlaser (Laserklasse 4) Diese parallele, punktgenaue Anordnung beider Quellen ermöglicht den gleichen optimalen Winkel der Einkopplung beider Verfahren sowie ein einfaches Roboterhandling. Diese Anordnung ist bei Anwendungen auf metallischen Oberflächen (Aluminium, Stahl, usw.), wie sie in der Automobilindustrie vorkommen, besonders effizient und flexibel für komplexe Geometrien. Laserleistung: Plasmaerzeuger: Plasmaleistung: Behandlungsabstand: Behandlungsgeschwindigkeit: ca. 100 W Plasmatreat PFL10 ca. 1 kva ca. 10 mm 2-15 m/min Das Projekt wird durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt gefördert.

12 12 Anwendungsbeispiele der Laser-Plasma-Vorbehandlung Vorbereitung für Kleb- & Dichtstoffe Die simultane Bearbeitung von Oberflächen mit dem kombinierten Verfahren führt zu stark verbessertem Haftungsaufbau für Nachfolgeprozesse. Dabei strukturiert der Laser die Oberfläche makroskopisch, das Plasma verändert sie mikroskopisch. Vorbereitung für Schweißen / Löten Die Vorbehandlung durch die Kombination aus Laser und Plasma* vor dem Schweißen minimiert den Einfluss von Oberflächenverunreinigungen und ist besonders für sicherheitsrelevante und optische Schweiß- und Lötnähte zu empfehlen. Partielles Entlacken Die Behandlung der Werkstücke durch Plasma und Laser kann ohne Lösungsmittelgemische oder chemische Entrostungsmittel durchgeführt werden. Lacke und Roststellen werden ohne den Einsatz von Nasschemie von den Werkstücken entfernt. Die Entwicklung der Plasma-Verfahren erfolgt in langjähriger Kooperation von Plasmatreat und dem Fraunhofer IFAM. Die Laser- Plasma-Kombinationen wurden durch das Fraunhofer IST und die HAWK grundlegend erforscht. Im Rahmen eines gemeinsamen Projekts arbeiten die HAWK und die Plasmatreat GmbH am Thema Laser-Plasma-Hybridabtrag von Aluminiumoxid-Schichten. *Diese Vorrichtung ist zum Patent angemeldet.

13 Automatisierte Reinigung / Aktivierung einer Metalloberfläche mittels einer kombinierten Vorbehandlung, bestehend aus Laser und Plasma. 13

14 14 Welche Ergebnisse erzielen unterschiedliche Vorbehandlungsarten im Vergleich? Um dies zu verdeutlichen, werden Aluminiumwerkstücke mit Hilfe eines Epoxidharzes miteinander verklebt und die Verbindung anschließend einer Zugfestigkeitsprüfung* unterzogen. Drei der vier Werkstückpaare wurden vorbehandelt, eines ausschließlich mit Plasma (), ein anderes ausschließlich mit Laser () und ein weiteres mit kombinierter Laser-Plasma-Vorbehandlung (). Ein Werkstückpaar bleibt unvorbehandelt (). Bereits optisch sind die unterschiedlichen Wirkungen der jeweiligen Vorbehandlungen gut zu erkennen. Vorbehandlung ausschließlich mit Plasma Vorbehandlung ausschließlich mit Laser Kombinierte Laser-Plasma-Vorbehandlung *Prüfung nach CeraCon-Methode in Anlehnung an DIN EN 1465

15 Zugfestigkeit [N/mm 2 ] 9 Resultate der Prüfung ,8 5,6 7,6 8,1 Das Ergebnis der Zugfestigkeitsprüfung* zeigt die Wirkunterschiede der Vorbehandlungsmethoden auf. Dabei lässt sich feststellen, dass sich die Haftungseigenschaften der laserbehandelten Oberflächen um gut ein Drittel gesteigert haben % + 36% + 46% Im Vergleich zu unbehandelten Werkstücken weisen diejenigen mit der kombinierten Laser-Plasma-Methode vorbehandelten sogar eine Haftungsverbesserung um knapp 50 % auf. ohne ausschl. ausschl. Vorbeh. Plasma Laser Laser- Plasma

16 16 Es werde Licht auch in Ihrer Branche Egal ob Schneiden, Markieren oder Vorbehandeln, ob Kunststoff, Metall oder Verbundmaterial unterschiedliche Branchen stellen unterschiedliche Anforderungen an Laserprozesse. CeraCon Lasersysteme kommen immer dann zum Einsatz, wenn profundes Anwendungs-Knowhow und hohe Maschinenbaukompetenz gefordert sind. Halbleiter / Elektronik Automotive / E-Mobilität Medizintechnik / Pharma Kunststoffverarbeitung Kosmetik Hausgeräte

17 Beispiel einer CeraCon Laserzelle zur automatischen Behandlung von Bauteilen mit zwei, unabhängig voneinander arbeitenden Robotern im Innenraum. 17

18 CeraCon Sealing systems Innovative Schaumdichtungstechnologie im Hochdruckverfahren Endlich Freude am Schäumen das ist unser Anspruch und unser Versprechen an Sie. In unserem innovativen Schaumdichtungssystem vereinen sich zwei relevante Stärken: Ein Schaum mit sehr guten Dichtungseigenschaften, verarbeitet mit einer zuverlässigen und bewährten Anlagentechnik. Die Basis dafür liegt in unseren hervorragenden Dichtmaterialien der Marke CeraPUR, in der neuen CeraFLOW Anlagentechnik im Hochdruckverfahren sowie im Engineering und im Service. Sealing systems

19 CeraCon Thermal systems Temperaturbehandlung unter Automation Thermosysteme von CeraCon sind Industrieöfen, mit denen Ihre Produkte und Bauteile auf eine gewünschte Temperatur bis rund 220 C aufgeheizt sowie rückgekühlt werden können. Durch unterschiedliche Bauarten passen wir unsere Thermosysteme ideal an Ihre Produkte, Prozessanforderungen, Produktionsumgebungen und Investmentbudgets an. Thermal systems

20 + 49 (0) lasersystems@ceracon.com 04/04/002-V1 05/2017 CeraCon GmbH Talstraße Weikersheim Germany Sealing systems Thermal systems Laser systems Technische Änderungen und Fehler vorbehalten.