Laser gaat verspaning veranderen

Met twee doorbraakinnovaties laat het Fraunhofer ILT zien dat de laser steeds meer grip krijgt op de verspanende industrie. Onlangs hebben de Duitsers een Amerikaanse prijs gewonnen met hun additive manufacturing techniek voor BLISKS; komende maand presenteren ze een techniek om lenzen te maken zonder matrijzen.

Laagopbouw vervangt frezen

Allereerst de productie van BLISKS, de schoepenwielen van energiecentrales en vliegtuigmotoren. Om het energierendement te verhogen, moeten deze tegen steeds hogere temperraturen bestand zijn en daarom het liefst uit vol materiaal zijn gemaakt. Het 5-assig frezen kost echter veel materiaal, energie en tijd. En wat doe je als een van de schoepen beschadigd is? Het Fraunhofer ILT heeft samen met onder andere Rolls-Royce Duitsland en het Fraunhofer IPT onderzocht of je lasercladden – oplassen van het materiaal – kunt inzetten voor de productie van BLISKS. Dat kan. Laag voor laag wordt het schoepenwiel van een turbo of compressor opgebouwd. Daarmee spaart men tot 60 procent materiaal uit en verkort men de doorlooptijd met 30 procent. Het Amerikaanse luchtvaarttijdschrift Avation Week heeft deze technologie onderscheiden met de Innovation Challenge 2012.

Vanuit CAD-model lens maken

Additive manufacturing is niet de enige technologie waarmee de laser de verspaning raakt. Begin mei presenteren onderzoekers van het Fraunhofer ILT een proces voor het direct vervaardigen van a-sferische lenzen uit een CAD-model.  Allereerst wordt met een CO2-laserstraal het materiaal, kwartglas, verwarmd tot een temperatuur van meer dan 2230 graden C. Bij deze temperatuur verdampt het glas. De ILT-onderzoekers kunnen dit zo exact sturen met de laserstraal, dat ze 3D oppervlakken maken. In de tweede stap wordt het oppervlak door een CO2-laserstraal tot net onder het damppunt verwarmd. Hierdoor verandert de viscositeit van de bovenste materiaallaag. Doordat de spanning in deze laag afneemt, verandert de oppervlakteruwheid. Na het afkoelen is het net alsof de buitenste laag van het materiaal gepolijst is. Deze techniek past het ILT ook toe bij het laserpolijsten van metalen componenten. In de toekomst wil men nog een derde stap aan het proces toevoegen, namelijk het laser eventuele vormfouten in het oppervlak corrigeren. Doordat geen matrijstechnologie of grote series voor geautomatiseerde productie nodig zijn, maakt het Fraunhofer ILT enkelstuks productie economisch rendabel.Wel moet de nauwkeurigheid nog verbeterd worden.

Polijsten boorgaten

De onderzoekers geven aan dat je de verschillende stappen van het proces ook afzonderlijk kunt inzetten. Zo hebben ze het polijsten met de laser al toegepast bij het poljsten van de binnenzijde van een boorgat van slechts enkele millimeters doorsnede. Op EuroMold werd verleden jaar al een machine op basis van deze technologie getoond.

Deze en andere lasertechnologieën worden van 9 tot en met 11 mei gepresenteerd op het Aachener Laser Kolloquium 2012.